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在中国科学院上海有机化学研究所的实验室里,中国科学院上海有机化学研究所马大为院士已深耕有机化学领域30余年。他带领团队攻克碳-杂原子键构建的百年难题,发展出被国际同行命名为“Ullmann-Ma反应”的原创技术,推动抗癌、降压等药物的高效合成。“科研要服务国家需求,真正为民所用。”这位改写化学教科书的科学家,仍在为更高效的催化剂、更普惠的药物不懈探索。 以他之姓,命名一个化学反应
“有机”一词最初指代与生物体相关的物质,而有机物是生命得以形成的物质基础,像脂肪、氨基酸、蛋白质、糖类、叶绿素、激素等都属于此类。人类的新陈代谢、遗传等生命活动,均与有机化合物的转化过程密切相关。此外,石油、天然气、棉花、染料、化纤,以及天然和合成药物等诸多与人类生活息息相关的物质,也都属于有机化合物的范畴。有机化学正是一门专注于研究这些有机化合物的科学。
在药物合成领域,碳-杂原子键的构建曾是困扰学界百年的难题。1901年发现的Ullmann反应需在高温下使用大量铜催化剂,难以工业化应用。1998 年,马大为团队有了一项重大发现——他们找到的一种催化剂,被认为“足以改写化学教科书”。该催化剂以氨基酸分子作为铜金属的配体,能够显著提升乌尔曼反应的效率。
若将催化剂比作一台挖掘机,其中的金属就如同钻头,而配体则相当于助推器。马大为院士团队所发现的,正是目前能为乌尔曼反应提供最大推力的 “助推器”,且所使用的 “钻头” 是成本低廉的金属。
由马大为院士团队研发的两代催化体系,被命名为 “Ullmann-Ma反应”。在化学领域,能以研究者姓名命名一个化学反应,是一项极具分量的荣誉。
十年磨一剑,让化学反应更“亲民惠民”
那么有没有更好的催化剂,且能大量工业化应用呢?马大为介绍,“这个反应的催化剂用量比较多,在实验室用起来没有太大问题。但工业化对于反应的条件要求更高,催化剂尽可能少用一点,不然成本上就会有问题。这是一个新的课题,我们从 2005 年有这个想法开始,一直到 2015 年才发展出第二代催化剂,整整花了十年时间。”
十年磨一剑的韧性最终让马大为团队突破了这一关卡。“哪怕99%的尝试都是失败,也要有屡败屡战的勇气。”马大为坦言,第二代催化剂的突破就是基于持之以恒的努力,最终实现工业上吨级的应用。如今,荷兰帝斯曼、英国夏尔等国际药企用该反应生产抗高血压药培哚普利、干眼症治疗药利福舒特等。
攀登科学界的“珠穆朗玛峰”
合成化学界常将复杂天然产物全合成比作“攀登珠穆朗玛峰”,马大为团队已完成70余个复杂活性天然产物的高效合成。其中,抗肿瘤药物曲贝替定的合成堪称典范:他们将国际上需40余步的路线缩短至26步,成本大幅降低,如今中国已成为该药物原料药全球最大供应商,惠及数万名患者。
“教育的价值在于唤醒学生的潜能。”马大为培养了近百名研究生,80%以上在上海创新创业。他拿出未来科学大奖300万元奖金,在家乡河南社旗一中设立奖学金,“希望孩子们能做有用的事情,专注地做事情,找到学习的兴趣,敢于挑战自己”。
“科研要服务国家需求,真正为民所用。”
“我1984年秋天到上海学习,先统一上了一年课。教材里面很多东西是我过去的基础达不到的,所以我花了很多功夫把基础打好。我的导师陆熙炎教授是一个非常认真的导师,特别注意科研的细节,重视实验过程。当时对我们的基本要求就是独立思考,实验操作要准、要认真。他告诫我们,做科研要‘战战兢兢,如临深渊,如履薄冰’。陆教授的严谨和严格对我之后的科研之路影响很大,直到今天也是如此。”马大为说道。
如今,他仍保持着每天工作10-12小时的习惯,“办公室对我有特殊吸引力,解决问题的快乐是最大动力”。从基础研究到成果转化,马大为始终践行“为国担当”。他与袁钧瑛院士共建生物与化学交叉研究中心,推动5家生物医药企业诞生;研发的RIPK1抑制剂授权中美企业,用于渐冻症、阿尔茨海默症等疾病治疗,已进入临床阶段。
“科研要服务国家需求,真正为民所用。”这位改写化学教科书的科学家,仍在为更高效的催化剂、更普惠的药物不懈探索。
*上海市科委科普项目资助(项目编号:24DZ2304400)
科学性审查专家:马大为 中国科学院上海有机化学研究所院士
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