创造纽带:合成化学家视角下的科学与可持续性

可持续发展是当今社会面临的最重要的问题之一。应对气候变化、减少污染、发展可再生能源——这些只是在不久的将来需要克服的几个关键挑战。但实现可持续发展往往感觉是一项艰巨的任务，需要改变世界的创新或革命性的技术。

虽然这些进步非常重要，但对于多伦多研究化学品公司的合成化学家特雷弗·詹斯来说，可持续的解决方案可以来自任何地方，任何规模;只需要一个敬业的科学家。在促进可持续发展方面，化学家处于理想地位。

检查输入和输出，探索如何最大限度地提高效率，并试图减少浪费——这些目标是现代化学的核心。简一直对社会如何开发不消耗地球资源的产品和过程感兴趣。在他的整个职业生涯中，科学家、研究人员和工程师利用化学技术开发的创新为他提供了不断的灵感来源，以推动他自己的工作。

但是，尽管对解决环境问题的热情对简来说非常重要，但在他的职业生涯中，“可持续性”一词已经包含了更多内容。

通过行

詹斯在大学三年级的一次实际实验中发现了他对化学的兴趣，那次实验涉及到通过肽偶联产生的化合物的再结晶。能够与他自己合成的晶体进行物理互动，称重并测量它们的纯度，给了他一种无法动摇的联系和有形感。

这让Janes来到了Parisa Mehrkhodavandi的实验室，在那里，作为他最后一年项目的一部分，他第一次真正尝到了合成化学的味道。Mehrkhodavandi的实验室专注于使用催化剂来制造可再生和可堆肥的聚合物。通过这项工作，简斯开始磨练自己的技能，合成空气敏感金属配合物，并使用分析和表征技术试图了解它们。正是在这里，他也开始明白，化学可以成为社会迈向更绿色、更可持续的未来的有力工具。在其他事情中，这将被证明是简生活和事业中至关重要的转折点。

在Mehrkhodavandi的实验室工作的一年里，特雷弗已经能用一些常见的实验室技术来描述他的化合物，但他从来没有真正实现过圣杯:获得单晶x射线结构。利用x射线晶体学，化学家可以确定结晶化合物的分子结构，从而对其功能有宝贵的见解。正是使用这种方法，罗莎琳德·富兰克林拍摄了“第51张照片”，揭示了DNA复杂的三维结构。为了寻找下一块拼图，简斯跨越2000英里来到了多伦多大学，在大同宋的实验室开始了他的博士学位。

宋的实验室可以使用自己的x射线衍射仪，这意味着简终于可以开始生产他正在合成的化合物的单晶结构。输出的是一些神秘的点和线，乍一看可能很奇怪。但是，一旦一些计算模型被应用于将数据与结构相匹配，突然之间，它就变成了一种更熟悉的东西——分子。对简来说，这是一种刺激。在攻读博士学位期间，他对一百多种晶体进行了x射线衍射，对构成每种晶体的分子的结构和功能有了深入的了解。他在同行评议的期刊上发表了他的研究成果，并通过教授本科生晶体学来传授他的知识。

这种对交流和教学的热情一直伴随着简斯的下一次冒险:作为雷霍沃特魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的博士后，他横跨大西洋来到以色列。在这里，他在以色列马茨有机化学教授主席大卫·米尔斯坦(David Milstein)的监督下致力于原子高效催化剂的开发。

研究小组最重要的产出是人，而不是论文

当时，他正在纠结于自己选择的学术道路。简斯偶然在推特上看到两位化学教授在讨论研究小组的目的。他们得出的结论是，即使一个团队的项目没有任何进展或没有产生任何影响，作为培养下一代的机会，它们仍然是值得的。作为一个梦想成为教授的人，并且目前正在朝着这个目标努力，简斯很矛盾。首先，研究小组不应该努力为科学和社会做最大的贡献吗?

当简斯发现该研究所教授乌里·阿隆(Uri Alon)的著作时，问题开始得到解决。在他的一篇文章中，阿隆提出了一个观点，即一个研究小组的主要目的应该是培养其成员——不仅仅是作为科学家，而是作为人。通过优先考虑成长和发展，小组领导不仅可以使他们的实验室成为一个温暖和愉快的地方，而且可以让他们的成员做最好的工作。如果只注重产出(论文)，一个花园可能会在短期内结出果实，但从长远来看，植物(学生)的健康将受到影响。或者，通过培育一个培育环境，植物或学生可以在他们的职业生涯中茁壮成长。用简的话说:“研究小组最重要的产出是人，而不是论文。”

同学会

在以色列生活了两年半之后，特雷弗回到了多伦多的家。在他的学术生涯中，他搬了很多地方，他渴望把自己的技能和专业知识运用到工业中。在一家处理大分子和聚合物的纳米技术公司工作了一段时间后，特雷弗加入了多伦多研究化学品公司(TRC)，这是一家专门生产复杂有机小分子的公司。这些产品的应用范围从法医科学和环境分析到药物研发。

转投TRC是显而易见的。简是一位充满激情的化学家，用他自己的话来说，“天生就是合成的料”，他对研究新型化学和不同的分子组合感到兴奋。这也是一个扩展他技能的机会——虽然他的背景是合成无机分子，但在TRC，他将制造更复杂的有机分子。特雷弗也认同TRC母公司LGC的理念，LGC的座右铭是“科学创造更安全的世界”，他所合成的化学物质将用于慈善事业:政府实验室、进行关键药物研发的研究人员、测量环境污染物的科学家。这引起了持久的共鸣。

特雷弗和他在TRC的同事们喜欢把自己描述为“手工化学家”，在TRC的投资组合中合成小批量的化学物质，有时只有半克。其中包括药物杂质、生物活性分子和同位素标记化合物，仅举几例。他们工作的一个关键要素是净化。在为这些专门的科学应用合成化学物质时，纯度需要非常高:95%或更高。因此，他们需要精通有机化学家所需的不同技能。Janes和他的同事们使用了一系列技术，如色谱法、再结晶法、磨化法和蒸馏法。

科学让世界更安全

通过TRC, Janes找到了进一步实现他对可持续发展的热情的机会，因此他获得了TRC梦寐以求的“每周之星”奖。这是他们员工表彰计划的一部分，该计划授权员工加强并改善他们的部门。简斯通过还原胺化反应合成了一种药物杂质，最终的纯化涉及硅胶柱层析。在这种色谱法中，每种化合物与凝胶和溶解在其中的溶剂的相互作用不同。根据这些相互作用的强度，化合物将以不同的速率从色谱柱中分离出来，使您能够分离化合物并去除不需要的产物。这意味着你使用的任何溶剂都必须符合非常特定的标准。

在甲醇和氢氧化铵体系中，该净化过程广泛使用的溶剂是二氯甲烷(DCM)。然而，DCM与许多有害的健康影响有关，包括皮肤刺激、腐蚀性烧伤、中枢神经系统损伤和疑似致癌性。它也有很长的半衰期，所以如果处理不当，它会在环境中持续存在。简斯深入研究文献，开始筛选许多不同的溶剂，以找到更合适的。他最终发现，他可以用DCM替换乙酸乙酯，这是一种更环保的溶剂。首先，这极大地提高了净化过程的可持续性和安全性;使用乙酸乙酯的危害要小得多，也可以避免DCM污染环境的风险。除了这些好处之外，使用乙酸乙酯还提高了净化效率，使整个过程更具成本效益和可持续性。

创建债券

在实验室之外，Janes继续追求他对促进生长和发展的热情，并培养下一代科学家。在大流行期间，他参与了加拿大化学研究所(CIC)，这是一个由来自学术界和工业界的化学家和化学工程师组成的组织。现在，作为CIC多伦多分部的主席，特雷弗负责交付专注于将多伦多化学家聚集在一起的项目和倡议。这些举措包括举办公开讲座、招聘会、社交活动，最让简感到兴奋的是，鼓励高中生参加全国CIC水晶生长比赛。这些努力体现在多伦多分部的口号中，“自豪地在实验室之外创造纽带”。

简是这种哲学的化身，他所做的每一件事都闪耀着这种哲学的光芒。正是这种激情帮助他作为TRC的合成化学家，为更安全的世界提供科学。希望通过这种方法，他能激励更多的化学家在自己的领域中承担起可持续发展的责任。