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2009年1月13日，《科技导报》了该刊评选出的“2008年中国重大科学进展”，南开大学孙怀林教授领衔研发的“不用氨基酸作原料的多肽合成方法”赫然入选。
多肽，你的名字叫“挑战”
多肽是一种重要的生物高分子，在医药、材料以及催化方面具有广泛的用途。自上世纪初以来，几乎所有关于多肽合成的研究都是以氨基酸为原料来进行的，但因其成本较高，使应用受到很大的限制。近年来，化学家们开始研究一种非常简单方法――不是以氨基酸为原料，而是用方便易得的亚胺和一氧化碳为单体，在催化剂作用下发生交替共聚直接生成多肽。遗憾的是，由于缺少一个适当的催化剂，该方法一直难以实现。
关于催化亚胺和一氧化碳共聚反应的研究已有近十年的历史。该反应最初是参考烯烃与一氧化碳交替共聚反应来设计的。然而，亚胺的C＝N双键与烯烃的C＝C双键有很大不同，致使其聚合反应很难发生。因此，最初关于亚胺和一氧化碳共聚反应的研究，主要集中于亚胺对过渡金属碳键的插入过程的探索。
1998年，美国的Sen和加拿大的Arndtsen领导的课题组，同时首次报道了亚胺对酰基钯键的插入反应，成功得到了酰胺。要使亚胺和一氧化碳的共聚继续进行，必须在上述产物的烷基钯键间再插入一个羰基。遗憾的是这一插入由于酰胺羰基对钯的配位生成的稳定五元环结构而无法再继续进行。随后，Arndtsen等人尝试着在金属钯化合物中引入氯离子作为配体，希望它能够削弱酰胺氧原子的结合作用或者是稳定插入羰基后的产物。虽然没有得到希望中的多肽，却意外地得到了一种重要的咪唑啉类化合物。Arndtsen等还尝试了用锰代替金属钯，但同样没有达到预期的目的。至此，人们所能得到的最好结果是单个亚胺和一氧化碳对金属碳键的插入，生成一个氨基酸的结构单元。而在朝着多肽合成的努力方面，即使是最简单的二肽的合成，也从未得到过成功。
钴是一种重要和常见的羰基化反应催化剂。在这类催化过程中，酰基钴化合物通常是催化活性质体。注意到酰基钴化合物催化下氮杂环丙烷与一氧化碳共聚反应可以成功得到β－多肽，Sen等最近提出了可以用酰基钴化合物催化亚胺与一氧化碳共聚反应的设想。他们选择了目前认为催化效果最好的酰基钴化合物CH3COCo(CO)3PR3(R＝2-MeC6H4)为催化剂，但结果却未能得到预期的多肽，而是生成了N－烷基苯并吡咯酮。
难道，多肽技术的创新真的是一座无法攀越的山峰吗?科学家们不相信，一次次的失败反而令他们在这条充满挑战的路上，越战越勇。
别了，氨基酸
就在各国科学家为多肽技术苦心经营之际，以孙怀林教授为主的课题组在系统深入的研究中注意到，硅基金属化合物和酰基金属具有类似的性质。经过对各种硅基金属化合物催化亚胺和一氧化碳共聚可能的考察，他们发现，硅基钴化合物可以催化亚胺和一氧化碳共聚，得到很短的多肽类化合物。但反应收率低且产物成分复杂；而采用极性溶剂进行这一反应可能比较有利，但是这一反应只能在烷烃类溶剂中进行，即使在醚类介质中硅基钴化合物都会与氧原子发生化学反应而影响催化功能。
“起到实际催化作用的应该是酰基钴类活性质体!”他们雀跃起来，如果用适当的酰基钴化合物直接作为催化剂。将允许对反应条件(包括溶剂)进行改进。经过大量的反复实验，他们终于有了一个重大发现：一种简单的金属钴化合物即可有效地催化这一反应，得到预期的多肽类聚合物。在此基础上，课题组对影响反应进行的各种因素进行了深入的研究，成功地搞清了对于获得高分子量聚合物至关重要的反应链终止的机制，提出了对反应机理的解释，完成了对反应的初步发现。随后，课题组选择了多种的亚胺底物，在催化剂作用下进行共聚反应，成功得到了高分子量的聚合产物，实现了该项目的另一个重要突破。在多肽合成技术中挥别氨基酸，终于不再是一个遥远的梦想。
项目成果引起了国际上广泛地关注，被德国《应用化学》选为“Hot Paper”给予快速发表。同时，该杂志一篇题为“Cominq Soon：Protein Synthesis Without Amino Acids?”的专题评论强调了这项工作的创新性和应用价值，指出“中国的研究人员报道了一个非常简便的多肽合成方法……这个反应的优点是所用原料便宜，因此非常适合于工业生产”。
这篇评论很快被世界各国媒体包括《ScienceDailv》等广泛转载，并被译为德文、俄文、越南文等多种文字。一时之间，好评如潮。
美国化学会主办刊物《C&E NEWS》指出：“化学家已经进行了多年的努力试图使亚胺和一氧化碳发生共聚，但都因没有适当催化剂而失败。中国天津南开大学的孙怀林及其同事现在已经取得了成功。”
英国皇家化学会刊物《Chemistry World》针对这一成果分别采访了加拿大麦吉尔大学的Arndtsen、美国卡内基梅隆大学的Sie.qwart，以及英国达拉谟大学从事高分子合成研究的Cameron。该报道引述权威学者Arndtsen教授的评价说，“这项工作是一个突破”。评论指出：“传统上，多肽的制备是采用获得1984年诺贝尔化学奖的Merrifield固相合成技术。但是，首先合成氨基酸，然后再用特殊试剂对其进行活化或保护，以保证它们按照正确的次序反应，是一个昂贵而繁杂的事情，虽然可以自动化完成。取而代之的，南开大学的孙怀林和同事们用一种催化剂把一氧化碳和亚胺这些廉价而丰富的分子，按照完全交替的次序串联起来制成多肽链。”
报道也指出了这项技术目前还存在着的一些问题。这些问题及其解决方案，则成为另一篇由约翰・维利公司主办的网上刊物《spectroscopy NOW com》专题采访和报道的焦点。
同时，该成果也受到了《科技日报》等国内媒体的广泛关注。
多肽合成，任重而道远
与原有的多肽合成方法相比，不用氨基酸为原料合成多肽的方法，是一种非常高效的合成多肽的路线，具有步骤简洁、原料便宜、原子经济的明显优势。尤其“在氮原子和碳原子上同时带有取代基的具有新型结构的多肽”，以其非水溶性及可降解性等特点，可能对多肽在生物医学材料方面的应用产生重要影响，现已申请中国专利和国际专利保护，并进行其他一些国家的落地申请。
巨大的成功并没有蒙蔽课题组的目光。孙怀林教授和他的团队明白这不过是一个开始，他们所面临的重要问题是如何改进这一反应，使其能够按照要求在同一条肽链中引入不同的氨基酸结构。“要实现这一目标需要大力改进催化剂，使得反应过程中的每一步所生成的产物都具有足够的稳定性。对于催化聚合反应来说，这是一种最理想的境界；而现在。由于具有亚胺和一氧化碳交替插入的特征，如果能够实现这种境界，将允许一步步地引入不同的亚胺或氨基酸结构单元。”孙怀林教授如是说。
目前，就整个合成化学领域来说，摆脱步骤繁杂和存在严重浪费的保护基技术，实现由多个简单组分快速和有效地建造复杂分子结构，特别是通过高效的催化剂来实现这一过程，已经成为一个十分诱人的新的发展方向。多肽类化合物的重要性以及多肽合成作为合成化学研究的一项重要内容，特别是鉴于传统多肽合成方法作为保护基技术应用的典型例子，实现多肽合成技术的这样一种变革，将具有非常重要意义。
任重而道远，在国家自然科学基金重点项目和天津市自然科学基金重点项目的资助下，他们又开始了新的征程。希望如诺贝尔奖得主Gubbs教授所预言的，在这个研究方向上，不久的将来我们将会看到一次革命。
孙怀林，南开大学化学系教授、博士生导师，长期从事金属有机化学基础理论和催化应用研究。主要学术成就包括：首次实现了亚胺和一氧化碳交替共聚反应，开创了一种新的、不以氨基酸为原料的合成多肽的简捷方法；发现膦配体在金属原子之间缓慢迁移的现氦发现两种新的分子内硅硅键被过渡金属活化的反应，揭示出硅硅键对配位不饱和金属的氧化加成是硅硅键活化所遵循的一般规律。曾获天津市自然科学二等奖(排名第一)。