酷暑中的上海异常闷热,35岁的科学家马大为在狭小的实验室里,盯着仪器,目光随数据移动。突然,一组异常的数据让他眼前一亮。实验中加入的一类氨基酸分子,原本只是作为铜源催化剂的配体,却让反应有了意想不到的变化。“原本缓慢的反应速率明显加快,试管里析出的产物纯度,远超出预期。”马大为说。当时,他立刻停下手中的操作,反复核对数据。
这个意外的发现,恰好破解了乌尔曼反应的应用难题。乌尔曼反应是有机合成化学中构建碳—氮、碳—氧等化学键的“基石”。可它的“脾气”却十分古怪,只能在高温强碱环境下进行,还得用大量催化剂。“这些苛刻的条件像一扇铁门,把它的应用限制在实验室里,难以走进工业生产。”他说。
马大为的这一发现,就像一把“钥匙”,轻松打开了这扇铁门。有了氨基酸分子,乌尔曼反应在相对温和的条件下就能高效进行,反应产率得到大幅提升。这个足以改写教科书的成果,很快引起国际同行的关注,他们将其命名为“乌尔曼-马氏反应”。直至今日,该反应仍被广泛应用于新药研发。
“氨基酸分子作为第一代催化剂,虽使经典乌尔曼反应能在相对温和的条件下进行,但使用成本较高。”工厂都不起,什么能代替氨基酸呢?2005年,科学家开始带领学生升级第一代催化剂。可谁也没想到,这场攻坚竟持续了整整10年。
10年间,马大为所在实验室的灯常常彻夜亮着,试管里的溶液反复经历“溶解—反应—沉淀”的循环,数据曲线却一次次停留在不理想的区间。“三五年出不了成果是常态。”马大为这样安慰受挫的学生。团队中一批人带着遗憾毕业,又一批人怀揣希望加入,研究在师生接力中艰难进行,可马大为坚信“方向正确,坚持就有曙光”。
2015年盛夏,实验室的闷热被一声兴奋的呼喊声打破。“老师,结果重复出来了!”一位刚入学的研究生举着报告冲进马大为的办公室。这位学生发现,草酰二胺分子的催化活性远超第一代催化剂氨基酸分子,仅需少量就能让反应高效进行,大幅降低了催化剂的使用成本。整个暑假,实验室灯火通明,马大为和学生们连轴转,经过400余次试验,研发出高效稳定的第二代催化剂。
中国科学院上海有机化学研究所的实验室里,中国科学院院士马大为正俯身调试反应参数,他面前的实验记录上写满了催化剂优化数据。从青春韶华到鬓染微霜,这位有机化学家在实验室的方寸间,用一次次突破性发现,为我国医药化工事业筑牢根基。在日前举行的上海市科学技术奖励大会上,他获得上海市科技功臣奖。