南开开启了我的卟啉之路,也给了我终身受益的思维和技能(3):导师引我跨入卟啉门。
初入实验室结缘卟啉。1985年8月,我正式进入高振衡院士研究室朱申杰先生课题组。当时朱先生实验室里只有两位师兄:83级的谷晨师兄、84级的陶安平师兄,82级的张春豪师兄已经毕业离校。看着两位师兄实验台上摆满的各色紫色固体产物,我心里隐隐预感,自己的硕士论文研究,大概率也离不开这类紫色卟啉化合物。只是那时的我想不到,这一抹紫色,会从此扎根心底,成为我一辈子的研究主线。更不会想到,这一抹普通的紫色,会在20年以后成为成就世界上第一次碳氢化合物仿生催化氧化大型工业试验落地的亮丽风景线。
刚进实验室不久,朱先生便给我布置了入门科研任务:系统梳理金属卟啉模拟细胞色素P‑450的国内外研究现状,撰写一篇完整文献综述,并从中寻找自己感兴趣、可深入探索的研究切入点。
那个年代没有网络、没有电脑手机,更没有人工智能辅助检索,所有文献调研全靠人工翻阅纸质资料。万幸南开大学化学文献馆藏齐全、积淀深厚。我逐篇查阅CA中以“porphyrins”和“cytochrome P‑450”为关键词的全部综述文章,同时精读大量核心原始论文,最终完成了详细的文献阅读报告。
阅读文献的过程中,我对一篇文献提供的信息很感兴趣:生命体系中,天然血红素铁卟啉的环上取代基决定催化反应的选择性,轴向配体决定催化反应速率。但我翻阅的所有国内外研究几乎全部集中于——修饰卟啉环上取代基、探究取代基结构对催化性能的影响;针对轴向配体调控的研究极度稀缺,除少量零星的合成报道外,几乎没有系统探究轴向配体对铁卟啉催化性能影响的工作,这是当时国际仿生催化领域明显的研究空白。
察觉到这一研究缺口后,我初步确定了自己的学位论文研究方向:聚焦铁卟啉轴向配体的构效关系研究,补足学界短板。
朱先生对我的文献调研和选题思路给予了充分肯定,鼓励我进一步细化、完善完整研究方案。结合南开严谨的物理有机科研规范,我很快敲定了整套研究计划:
合成7种及以上不同轴向配体取代的四苯基卟啉化合物,完成全部化合物的精准结构表征;采用国际通用的二氯甲烷‑亚碘酰苯模型反应体系,开展系统催化动力学实验。每组实验严格设置平行对照,采集不少于7组有效动力学数据,保证数据差值大于仪器系统误差,确保结果真实可靠。最终通过线性相关分析方法,系统建立金属卟啉轴向配体结构与催化性能的定量构效关系,深入阐释轴向配体调控铁卟啉催化效率、反应机理的内在本质,填补当时国际金属卟啉拟酶研究中“重环取代、轻轴向配体”的研究空白。但是我怎么也没有想到,这个方案接下来的研究工作会遇到一个又一个需要解决的难题。
(根据湖南大学郭灿城教授口述整理)