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讓合成化學成為簡單好用的工具

發布時間:2023-03-28 10:21:00來源: 人民日報

  人物名片

  董佳家,1978年生,上海交通大學轉化醫學研究院教授,主要研究高價(jia) 主族氟化物的反應性,並將該領域發現的新反應和新試劑應用於(yu) 材料化學、藥物化學、化學生物學等。董佳家發現了六價(jia) 硫氟交換反應和高分子量聚硫酸酯的合成方法,並參與(yu) 開創第二代“點擊化學”。他還帶領團隊發現了第三個(ge) 點擊反應,並提出了“模塊化的點擊化合物庫”構建方法。其研究成果曾作為(wei) 唯一一篇化學方麵的研究論文入選國際學術期刊《自然》2019年度十大傑出論文。2020年5月,國家自然科學基金委員會(hui) 提名,董佳家獲第二屆全國創新爭(zheng) 先獎。

  人工合成化學分子是藥物開發的主要手段。自2000年“點擊化學”概念提出以來,直到該領域成果在2022年獲得諾貝爾化學獎,“點擊化學”才真正迎來了春天。

  上海交通大學轉化醫學研究院教授董佳家十幾年來潛心探尋“點擊化學”新的實現路徑、拓寬應用領域。他帶領團隊探索出“模塊化的點擊化合物庫”方法,可以低成本、高適用性、極高通量地合成成藥性的化合物並直接進行生物活性篩選,在藥物研發領域擁有廣闊前景。

  科學發現往往就在不放棄的萬(wan) 分之一機會(hui) 裏

  董佳家的辦公室,狹小而零亂(luan) ,但兩(liang) 麵獨特的卷簾能夠把訪客一下子就帶進化學的世界。一麵卷簾上印著世界上最暢銷的前200種處方藥分子結構圖,另一麵則是世界上銷售額最高的200種藥物分子結構圖。

  “你看這張暢銷處方藥榜單,很多是很便宜而且能夠真正造福人類的藥,我經常和學生們(men) 說,要合成最暢銷的藥物化合物,而不是那些昂貴的、老百姓用不起的藥物化合物。”一張麵帶微笑的娃娃臉,讓44歲的董佳家看上去仍像個(ge) 大男孩,談及晦澀難懂的合成化學,他神采飛揚,就像在描述一個(ge) 新奇而有趣的世界。

  中學時,董佳家就對化學產(chan) 生了濃厚的興(xing) 趣。就讀於(yu) 湖南師大附中理科實驗班的董佳家,憑借在全國高中學生化學競賽中的優(you) 異成績,被保送至廈門大學化學係。本科畢業(ye) 後,他又被保送到上海有機化學研究所攻讀碩士、博士學位。博士畢業(ye) 後,作為(wei) 高級專(zhuan) 家加入白鷺醫藥技術(上海)有限公司,他參與(yu) 研發的糖尿病新藥也獲批進入臨(lin) 床試驗階段。

  2009年,董佳家加入了美國斯克利普斯研究所夏普萊斯課題組。當時,該課題組正在尋找比第一代“點擊化學”鏈接模式中更有趣、在生命科學中有更大用途的合成反應,課題組選中了非常穩定的化合物——磺酰氟。研究過程中,先後有十幾名博士後都在這個(ge) 課題上失敗了。“聰明人都跑了,隻有我傻傻地堅持。”董佳家笑著回憶。

  在研究磺酰氟的3年裏,董佳家曾十分迷茫,甚至每天都有放棄的念頭。不被同行認可,看不到前景和回報。可是,每次他都堅持了下來。他搜集到的文獻,足以寫(xie) 出一本厚厚的論文。

  終於(yu) ,這樣的堅持打開了一個(ge) 美妙的新世界。2012年12月26日深夜,董佳家和同事在實驗室裏發現了被活化的磺酰氟,並在此基礎上發現了“六價(jia) 硫氟交換反應”。此後又經過了兩(liang) 年、幾十次修改,一篇以董佳家為(wei) 第一作者的第二代“點擊化學”理念奠基性論文公開發表。

  “有無數個(ge) 理由足以讓你放棄,但真正原創性的科學發現往往就在不放棄的萬(wan) 分之一機會(hui) 裏,科研拚到最後拚的是心態和毅力。”經過在夏普萊斯課題組6年的磨礪,董佳家對科研的理解更為(wei) 深刻——獨立思考、樂(le) 觀地擁抱“不確定性”、享受探索未知的過程。

  搭建開放型“點擊化學”合成化合物庫,讓藥物研發有更多合成藥物分子的“魔術扣”

  2015年3月,受到時任中科院上海有機所所長丁奎嶺院士的邀約,董佳家回到有機所組建自己的科研團隊。“我的學術生涯是從(cong) 有機所起步的,當我可以開展獨立研究的時候,我應該回到這裏。”

  事實證明董佳家的選擇是正確的。在上海有機所的大力支持下,再加上我國在硫氟化學上的資源優(you) 勢,董佳家團隊獲得了“點擊化學”至關(guan) 重要的原料——四氟氧化硫。

  在生產(chan) 環節,董佳家與(yu) 相關(guan) 公司合作,經曆一年多時間,摸索出了一條新的工藝路線。“這件事讓我們(men) 看到,背靠著我國豐(feng) 厚的化工資源,隻要開發利用好,未來在化學生物學、藥物化學、材料化學上將大有可為(wei) 。”董佳家說。

  此時,董佳家更加堅定了要在硫氟化合物上迭代提升“點擊化學”的想法。然而,“點擊化學”的“關(guan) 鍵卡扣”化合物疊氮和端炔都有缺點。端炔缺乏多樣性,不容易“安裝”在有機分子上,很難大規模合成。“就好比樂(le) 高玩具盒裏,積木個(ge) 數少、接口有限,因此拚不出多種樣式的造型。”董佳家舉(ju) 例說。

  在探索過程中,董佳家團隊意外獲得了十分罕見而且合成困難的化合物“氟磺酰基疊氮”,進而發現“氟磺酰基疊氮”在室溫下,幾分鍾就能將化合物中的一級胺官能團極高選擇性地變為(wei) 疊氮官能團,有機分子裝上疊氮後馬上與(yu) 端炔相連,短時間內(nei) 就能完成連接。這不僅(jin) 意味著“點擊化學”又增加了一種新型的反應過程,而且能夠高通量、多樣性地合成“點擊化學”急需的高能積木砌塊。

  看似偶然的重大發現,其實是長期堅持和敢於(yu) 探索的結果。因為(wei) 曾參與(yu) 創新藥研發,董佳家努力探索“點擊化學”在藥物研發中的應用。“在我看來,化學就是造工具的學科,我們(men) 希望搭建一個(ge) 開放型的‘點擊化學’合成化合物庫,幫助藥物研發人員更加快速而準確地找到藥物的苗頭化合物”。在上海有機所的支持下,董佳家團隊將疊氮砌塊的數量推進至5000個(ge) 以上,讓藥物研發有了更多合成藥物分子的“魔術扣”。

  2022年3月,董佳家轉到上海交通大學轉化醫學研究院,繼續推動“點擊化學”在醫學上的廣泛應用。

  鼓勵好奇心、激發想象力,善於(yu) 在科研中找到樂(le) 趣

  因相關(guan) 成果獲得諾貝爾化學獎,讓原本在國內(nei) 化學界有些小眾(zhong) 的“點擊化學”一下子成了熱門學科。作為(wei) 國內(nei) 為(wei) 數不多從(cong) 事“點擊化學”領域研究的學者,董佳家受到了廣泛關(guan) 注,可他依然是那個(ge) 熱衷科普、愛踢球、善於(yu) 在科研中尋找樂(le) 趣的科學工作者。

  “科普的意義(yi) 在於(yu) 鼓勵好奇心,考試得100分不如有好奇心。要讓孩子們(men) 了解科學家的故事,從(cong) 心裏崇敬科學家、愛上科學。”科普占據了董佳家科研之外的大部分時間,他經常參加許多麵向青少年的科普講堂。

  去年11月,在第五屆世界頂尖科學家論壇舉(ju) 辦的“科學T大會(hui) ”上,第一次參會(hui) 的高一學生徐聖桀,卻是第三次見到董佳家。上次與(yu) 董佳家的交談解決(jue) 了徐聖桀試驗項目中的一個(ge) 困惑,最終試驗成功了。這次,徐聖桀依然有不少問題想請教董佳家。

  6年前,在讀博士生郭太傑第一次見到了董佳家,覺得他特別親(qin) 近隨和。“以前學的有機化學比較死板、教條,跟著董老師學習(xi) 經常能嚐試一些新的實驗、探索不一樣的新事物。他總是告訴我們(men) ,要尊重經驗,但不要預定具體(ti) 目標,才更有可能有新的發現。”郭太傑眼中的董佳家樂(le) 觀豁達、不拘小節,但在科研上卻刻苦、嚴(yan) 謹。淩晨三四點,學生們(men) 有時還會(hui) 收到他發來的信息,往往是董佳家又想到了新的實驗方法。

  馬天成是董佳家帶的第一個(ge) 博士生,每當實驗遇到困難,他就會(hui) 去請教董佳家。“要是那麽(me) 容易做出來,肯定不是重大發現。”董佳家不要求他的學生一定要在頂級期刊上發表論文,但鼓勵大家大膽想象、勇於(yu) 實踐。“董老師有豐(feng) 富的想象力和旺盛的精力,所以他才能取得那麽(me) 多成果,讓合成化學成為(wei) 簡單好用的工具。”馬天成說。記者 黃曉慧

(責編:李雨潼)

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