马大为:对有机化学的探索永无止境 | 2018年未来科学大奖获奖人

9月8日,2018年未来科学大奖在北京揭晓。马大为、冯小明、周其林共同获得物质科学奖,以表彰他们在发明新催化剂和新反应方面的创造性贡献,为合成有机分子,特别是药物分子提供了新途径。

对于科研,马大为老师认为交流非常重要。他在国外和一些顶级实验室做交流时发现,国外的科研工作者经常去工业界做交流,了解产业界都在关注什么、有哪些技术需求。经过调研讨论后确定与之相关的研究目标,这一点很重要,国外的科研基于社会需求,成果落地针对性很强。

马大为

马大为是谁?

马大为,1963年生于中国河南,1989年在中国科学院上海有机化学研究所获得博士学位。现为上海有机化学研究所研究员,上海有机化学研究所副所长。

2018年未来科学大奖获奖名单公布后,中科院上海有机所金属有机国家重点实验室主任、未来论坛青创联盟成员游书力第一时间通过电话连线对物质科学奖获奖人马大为进行了独家专访。以下是采访内容:

Q:游书力
A:马大为

01

获奖感受

游书力:作为今年的“物质科学奖”得主,能不能请马老师您分享下获奖感受呢?

马大为:没想到能获奖,我感到很吃惊,有点受宠若惊的感觉。其实我们这个工作相对来讲还是很小众的,但这次在未来科学大奖评选中得到了认可,我非常高兴。

02

研究成果

游书力:此次获奖的成果中,您以氨基酸铜的络合物为催化剂实现了碳–氮键的高效构筑,为含苯胺片段的药物及材料的合成提供了一种简便、实用的方法,能否简单通俗地介绍一下这项研究成果?这项研究中最关键的技术是什么?

马大为:可以这么理解,这是基于乌尔曼反应(形成芳基-杂原子键的重要方法之一),发展出新的催化体系。这个反应可以理解为两个比较简单的分子偶联在一起,产生了更复杂的分子,但在经典的乌尔曼反应中,温度需要达到150℃到250℃,铜催化剂的低效率导致这个反应在实际中应用性并不高。

我们之前发现的一类氨基酸分子,他们可以和铜金属配位来提高乌尔曼反应的效率,这个研究最关键的技术就是配体发现。

后来经过十年间的摸索,我们发现了比这类氨基酸分子的催化效率更高的草酰二胺分子,这类配体参与的偶联反应条件比较温和,可以使更多的反应物在室温到100℃之间就可以发生反应。催化体系更加高效,用很少量的催化剂就可以使反应完全转化。

这类新反应不仅在实验室有广泛的用途,并且这种合成方式能够大大降低成本, 有望在制药业以及新材料生产制造等领域有很多实际应用。

03

10年铸就的合成之美

游书力:我们知道科研之路都不是一帆风顺的,实现这项科研突破的主要因素有哪些?其中经过了怎样的困难?

马大为:实际上我们在发展新催化体系的过程中需要做大量催化剂的设计和筛选。之前我们发现一类氨基酸分子对这些催化剂有很好的促进作用,在此基础上我们用氨基酸做配体,就让整个反应的面貌得到了很大的改善。更多未来科学大奖解读:www.yangfenzi.com/tag/futureprize

但经过一段时间研究以后,我们发现这个氨基酸的催化体系尽管有很大的用途,但是并不完美。还需要寻找更加高效的催化体系。为此我们做了大量的深入研究,最后花了近十年时间发现了草酰二胺分子配体。

这是一个非常漫长的过程,中间经过了很多挫败,大部分时间看起来努力是没有希望的。但是我们知道这样的研究非常有价值,就下决心坚持下来,并取得了成功。

04

未来研究

游书力:这项研究的前景是什么?对于这个领域的科学发展和人类生活有什么意义?

马大为:就现在这个反应来讲,我们发现它还有需要改进的地方。所以我们还在找新的、更有效的配体。实际上在工业上也好,在实验室也好,这个反应对于一些特殊的反应物来讲,所需要的条件还是较为苛刻的,假如我们找到合适的配体让它们转化得更好,那对学术研究、对产业制造都会带来很大影响。

另外一方面,我们也在花很多精力去做生物活性分子的高效合成研究,生物活性分子对于我们人类的健康生活有很大帮助,实现它们的高效合成需要发展新的合成策略和合成反应。

这种高效合成可以促进新药发现和改进上市药物的制备过程。例如我们发展的一种抗肿瘤药物的简短合成路线,目前也在放大生产阶段,希望未来能够为癌症病人带来更便宜的药物。

05

无心插柳的化学之路

游书力:当初为什么选择这个学科?在您从事科学研究的道路上,您最想感谢的人和事件有哪些?

马大为:其实我中学时候数学很好,但是高考时做数学题卷子出现了失误,考得不太好。所以尽管第一志愿报了数学专业,最后还是被分配去学了化学。后来发现有机化学的探索性很强,就选择了这个专业。现在想起来,我最想感谢就是我当时读研究生时候的导师和上海有机所的其他老师,他们不仅教授给我一套系统的化学理论,在研究方法方面也给了我们很多教导。

06

团队标准

游书力:团队对于科研工作来讲非常重要,一个最佳的研究团队是怎样的?您筛选团队的标准是什么?

马大为:首先要有敬业精神,第二个工作要努力,第三我希望他能够在研究领域中有更多的思考,还有重要一点就是要团结合作。比如我们在做配体的时候,背后是差不多有七八个同学在同时合成不同的配体,他们可以互相分享哪个配体的效果更好,这样整个团队的研究氛围就很好,研究就进展得比较快。团队精神对课题组的成功是非常重要的。

游书力:科学难题总是很难攻克,发现不一定很快会被证明出来,如何保持好奇心、甘于寂寞的良好心态?同时不断鼓励团队?

马大为:实际上很多科研工作不一定就有很好的成果,很多学生最后就放弃了,或者再换个课题去做,但中间经历过的失败也是一种收获,会为后面的科研工作做铺垫,让你离成功越来越近。但有很多人都是在快接近成功的时候,没有耐心,坚持不下去,也就因此失去了这个机会。那么我们在带领团队的时候就要引导他们,关键还是要坚持。

07

对年轻人的期待

游书力:您对以后想要从事科学研究或者刚刚踏入科学研究的年轻人有什么建议?

马大为:感激这个时代,给我们可以认真做科研的机会。我们经历了国家发展起步的阶段,见证了我们国家科研水平不断提升的过程。但我们要看到,我国科研水平和发达国家相比,依旧存在一定差距。因此,我们还需要继续发奋图强,寻找更合适的研究方法和更重要的研究课题,通过不断努力缩短这个差距。

我在国外和一些顶级实验室做交流时,他们的教授告诉我,他们经常去工业界做交流,了解产业界都在关注什么,有哪些技术需求,然后他们经过调研讨论之后确定与之相关的研究目标,这一点很重要,他们的科研基于社会需求,成果落地针对性很强。

所以我觉得年轻人搞科研需要更多地交流,不是只呆在自己小同行的科研圈,而是针对不同学科,不同行业的人多交流,自然而然会发现一些重要的问题,这些问题被攻克以后,能够确确实实为学科发展和技术开发解决问题,促进社会的不断发展,提升人们的生活质量。

游书力

访者介绍:游书力,中科院上海有机所金属有机国家重点实验室主任、未来论坛青创联盟成员。研究方向为过渡金属催化的高选择性反应、基于碳氢键直接官能团化的不对称催化反应及不对称去芳构化反应。

文/未来论坛(微信号:futureforum)

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