在化學界的教科書上有一種反應叫“烏爾曼—馬氏反應”,馬氏便取自中國科學院院士、中國科學院上海有機化學研究所研究員馬大為。馬大為發展了兩代催化劑提高烏爾曼反應效率,解決了碳-雜原子鍵構建的百年難題,成果被國際同行評價為“可以改寫化學教科書”。他還開創了多個藥物和活性天然產物的高效合成路線,攻克了最難制備的兩個抗腫瘤藥物之一——曲貝替定的合成難題。8月26日,在上??茖W技術獎勵大會上,馬大為榮獲上海市科技功臣獎。
從問題出發 挑戰反應極限
大學期間,馬大為走進有機化學的世界。這個充滿未知與變化的領域,激起了他濃厚的興趣和挑戰的欲望。他全身心投入化學學習,并考入中國科學院上海有機化學研究所,開啟科研之路。
科研動力來自一個個等待被解決的真問題。烏爾曼反應是一類銅催化的偶聯反應,主要用于構建碳-碳和碳-雜原子鍵,為藥物分子和材料分子的創制提供有力工具。但是,經典的烏爾曼反應對溫度要求高、適用底物少,限制了其實際應用。
1998年,馬大為在一次實驗中偶然發現,用氨基酸分子作為金屬銅的配體,能夠提高烏爾曼反應的效率。第一代催化劑就此誕生。該體系反應條件溫和、易操作、成本低,被國際制藥公司用于抗高血壓藥和治療干眼病藥物的工業化生產。
但他并未就此止步??紤]到該反應的催化劑用量較多,而工業化生產需要考慮成本問題,“如何發展出更高效的催化劑”成為馬大為的新課題。于是,馬大為和團隊爭分奪秒地重復實驗、分析、測試,最終開發出第二代催化體系。該體系的反應條件更溫和,催化劑用量也更少。
烏爾曼—馬氏反應突破了反應條件苛刻、普適性差等局限,被國際同行評價為“現代藥物發現最常用的方法之一”,成為“每天都要用的反應”。至今,已有超2000項專利基于該反應設計合成路線。
從需求出發 勇攀有機化學高峰
在挑戰反應極限之外,馬大為還向有機化學的另一座高峰發起挑戰——人工合成天然產物。
天然產物是生物活性物質和實用藥物的來源,但從自然界直接提取無法實現量產。天然產物的分子結構非常復雜,必須找到簡便的合成方法。
以曲貝替定為例,它是全球公認的最難制備的抗腫瘤藥物之一。已有的全合成路線步驟復雜、成本昂貴,難以真正在制藥工業中使用。
為此,馬大為團隊發展了一條高效、可產業化的合成路線,將總步驟縮短了三分之一,實現三個“最”——最高產率、最短步驟、最低成本。這一研究成果已應用于工業化生產,惠及全球數萬名患者。
“我們每簡化一個合成步驟,就意味著制藥成本降低,患者就能買到更便宜的藥,希望我們的研究成果能真正為民所用,對社會有益?!瘪R大為說。
從實用出發 專注該做的事
上海有機所研究員丁克曾經是馬大為團隊的一員,他回憶道:“馬老師始終強調‘要做有用的研究,專注于做該做的事’?!?/p>
在推動藥物創新的過程中,馬大為堅持基礎研究與應用研究并重。他與美國科學院院士袁鈞瑛合作創建了中國科學院生物與化學交叉研究中心,并積極推動上海新藥領域的科技成果轉化工作。
“化學領域要研究、要深入做的課題還很多,跟國計民生、人類社會進步有很大關聯。”馬大為說。目前,他的研究工作正在多線并行,探索反應極限仍是目標之一。他正在嘗試將人工智能融入化學研究工作,運用智能技術輔助設計第三代銅催化劑配體。
“也許10年,也許我這輩子都不一定能找到,但仍要繼續保有探尋重大問題的勇氣?!?2歲的馬大為已從事科研工作40余年,現在他仍在不斷深入“無人區”、挑戰難題,繼續走在攀登有機化學最高峰的路上。
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