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讓合成化學(xué)成為簡單好用的工具

發(fā)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(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院教授,主要研究高價主族氟化物的反應(yīng)性,并將該領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)的新反應(yīng)和新試劑應(yīng)用于材料化學(xué)、藥物化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)等。董佳家發(fā)現(xiàn)了六價硫氟交換反應(yīng)和高分子量聚硫酸酯的合成方法,并參與開創(chuàng)第二代“點擊化學(xué)”。他還帶領(lǐng)團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了第三個點擊反應(yīng),并提出了“模塊化的點擊化合物庫”構(gòu)建方法。其研究成果曾作為唯一一篇化學(xué)方面的研究論文入選國際學(xué)術(shù)期刊《自然》2019年度十大杰出論文。2020年5月,國家自然科學(xué)基金委員會提名,董佳家獲第二屆全國創(chuàng)新爭先獎。

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

  上海交通大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院教授董佳家十幾年來潛心探尋“點擊化學(xué)”新的實現(xiàn)路徑、拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。他帶領(lǐng)團(tuán)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并直接進(jìn)行生物活性篩選,在藥物研發(fā)領(lǐng)域擁有廣闊前景。

  科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往就在不放棄的萬分之一機會里

  董佳家的辦公室,狹小而零亂,但兩面獨特的卷簾能夠把訪客一下子就帶進(jìn)化學(xué)的世界。一面卷簾上印著世界上最暢銷的前200種處方藥分子結(jié)構(gòu)圖,另一面則是世界上銷售額最高的200種藥物分子結(jié)構(gòu)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(jīng)常和學(xué)生們說,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?!币粡埫鎺⑿Φ耐尥弈槪?4歲的董佳家看上去仍像個大男孩,談及晦澀難懂的合成化學(xué),他神采飛揚,就像在描述一個新奇而有趣的世界。

  中學(xué)時,董佳家就對化學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。就讀于湖南師大附中理科實驗班的董佳家,憑借在全國高中學(xué)生化學(xué)競賽中的優(yōu)異成績,被保送至廈門大學(xué)化學(xué)系。本科畢業(yè)后,他又被保送到上海有機化學(xué)研究所攻讀碩士、博士學(xué)位。博士畢業(yè)后,作為高級專家加入白鷺醫(yī)藥技術(shù)(上海)有限公司,他參與研發(fā)的糖尿病新藥也獲批進(jìn)入臨床試驗階段。

  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(dāng)時,該課題組正在尋找比第一代“點擊化學(xué)”鏈接模式中更有趣、在生命科學(xué)中有更大用途的合成反應(yīng),課題組選中了非常穩(wěn)定的化合物——磺酰氟。研究過程中,先后有十幾名博士后都在這個課題上失敗了?!奥斆魅硕寂芰?,只有我傻傻地堅持?!倍鸭倚χ貞洝?/p>

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

  終于,這樣的堅持打開了一個美妙的新世界。2012年12月26日深夜,董佳家和同事在實驗室里發(fā)現(xiàn)了被活化的磺酰氟,并在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了“六價硫氟交換反應(yīng)”。此后又經(jīng)過了兩年、幾十次修改,一篇以董佳家為第一作者的第二代“點擊化學(xué)”理念奠基性論文公開發(fā)表。

  “有無數(shù)個理由足以讓你放棄,但真正原創(chuàng)性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往就在不放棄的萬分之一機會里,科研拼到最后拼的是心態(tài)和毅力。”經(jīng)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深刻——獨立思考、樂觀地?fù)肀А安淮_定性”、享受探索未知的過程。

  搭建開放型“點擊化學(xué)”合成化合物庫,讓藥物研發(fā)有更多合成藥物分子的“魔術(shù)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(tuán)隊?!拔业膶W(xué)術(shù)生涯是從有機所起步的,當(dāng)我可以開展獨立研究的時候,我應(yīng)該回到這里?!?/p>

  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(xué)上的資源優(yōu)勢,董佳家團(tuán)隊獲得了“點擊化學(xué)”至關(guān)重要的原料——四氟氧化硫。

  在生產(chǎn)環(huán)節(jié),董佳家與相關(guān)公司合作,經(jīng)歷一年多時間,摸索出了一條新的工藝路線?!斑@件事讓我們看到,背靠著我國豐厚的化工資源,只要開發(fā)利用好,未來在化學(xué)生物學(xué)、藥物化學(xué)、材料化學(xué)上將大有可為。”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(xué)”的想法。然而,“點擊化學(xué)”的“關(guān)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(guī)模合成?!熬秃帽葮犯咄婢吆欣?,積木個數(shù)少、接口有限,因此拼不出多種樣式的造型。”董佳家舉例說。

  在探索過程中,董佳家團(tuán)隊意外獲得了十分罕見而且合成困難的化合物“氟磺?;B氮”,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)“氟磺?;B氮”在室溫下,幾分鐘就能將化合物中的一級胺官能團(tuán)極高選擇性地變?yōu)榀B氮官能團(tuán),有機分子裝上疊氮后馬上與端炔相連,短時間內(nèi)就能完成連接。這不僅意味著“點擊化學(xué)”又增加了一種新型的反應(yīng)過程,而且能夠高通量、多樣性地合成“點擊化學(xué)”急需的高能積木砌塊。

  看似偶然的重大發(fā)現(xiàn),其實是長期堅持和敢于探索的結(jié)果。因為曾參與創(chuàng)新藥研發(fā),董佳家努力探索“點擊化學(xué)”在藥物研發(fā)中的應(yīng)用?!霸谖铱磥恚瘜W(xué)就是造工具的學(xué)科,我們希望搭建一個開放型的‘點擊化學(xué)’合成化合物庫,幫助藥物研發(fā)人員更加快速而準(zhǔn)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(tuán)隊將疊氮砌塊的數(shù)量推進(jìn)至5000個以上,讓藥物研發(fā)有了更多合成藥物分子的“魔術(shù)扣”。

  2022年3月,董佳家轉(zhuǎn)到上海交通大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院,繼續(xù)推動“點擊化學(xué)”在醫(yī)學(xué)上的廣泛應(yīng)用。

  鼓勵好奇心、激發(fā)想象力,善于在科研中找到樂趣

  因相關(guān)成果獲得諾貝爾化學(xué)獎,讓原本在國內(nèi)化學(xué)界有些小眾的“點擊化學(xué)”一下子成了熱門學(xué)科。作為國內(nèi)為數(shù)不多從事“點擊化學(xué)”領(lǐng)域研究的學(xué)者,董佳家受到了廣泛關(guān)注,可他依然是那個熱衷科普、愛踢球、善于在科研中尋找樂趣的科學(xué)工作者。

  “科普的意義在于鼓勵好奇心,考試得100分不如有好奇心。要讓孩子們了解科學(xué)家的故事,從心里崇敬科學(xué)家、愛上科學(xué)?!笨破照紦?jù)了董佳家科研之外的大部分時間,他經(jīng)常參加許多面向青少年的科普講堂。

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

  6年前,在讀博士生郭太杰第一次見到了董佳家,覺得他特別親近隨和?!耙郧皩W(xué)的有機化學(xué)比較死板、教條,跟著董老師學(xué)習(xí)經(jīng)常能嘗試一些新的實驗、探索不一樣的新事物。他總是告訴我們,要尊重經(jīng)驗,但不要預(yù)定具體目標(biāo),才更有可能有新的發(fā)現(xiàn)。”郭太杰眼中的董佳家樂觀豁達(dá)、不拘小節(jié),但在科研上卻刻苦、嚴(yán)謹(jǐn)。凌晨三四點,學(xué)生們有時還會收到他發(fā)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?guī)У牡谝粋€博士生,每當(dāng)實驗遇到困難,他就會去請教董佳家。“要是那么容易做出來,肯定不是重大發(fā)現(xiàn)?!倍鸭也灰笏膶W(xué)生一定要在頂級期刊上發(fā)表論文,但鼓勵大家大膽想象、勇于實踐?!岸蠋熡胸S富的想象力和旺盛的精力,所以他才能取得那么多成果,讓合成化學(xué)成為簡單好用的工具?!瘪R天成說。記者 黃曉慧

(責(zé)編:李雨潼)

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