数字算卦 三位数(专访马大为院士)

澎湃新闻记者张静

我可以很诚实地告诉你当时我对化学没兴趣中国科学院院士中国科学院上海有机化学研究所研究员马大为毫不掩饰求学时对数学的热爱

曾经对化学没兴趣一直想混到数学系35岁因偶然发现一类可以提高乌尔曼反应效率的氨基酸分子而一战成名最终因有机化学研究当选中国科学院院士

如今58岁的马大为只要不出差几乎仍旧每天花1012小时扑在办公室看资料梦想找到催化效率更高的第三代配体让第三代催化剂实现三位数的工业化应用为药物合成提供更简便的方法

也不能保证一定能发现但它的意义非常重大马大为在接受澎湃新闻专访时表示做科研可以说有95以上的时间是失败的但失败是一个好机会我们要鼓励大家去探索无人区现在很多科研人员就做一些相对比较简单容易做出来的东西但现在国家已经到了一定要做原创探索无人区的时候了

他也感慨科技界的内卷很多大学和研究单位没有按照科研的规律招PIPrincipalInvestigator学术带头人首席研究员实际上相对于世界一流大学我们每个大学的PI都是超员的

这就导致了严重的内卷很多年轻科研工作者在面临这些压力时首先想到的是生存做些短平快的研究而短平快的研究很难产生重大影响也难以将成果转化成现实生产力

对于年轻科研工作者马大为告诫科研不应扎堆凑热闹即使扎堆凑热闹也不要做了几篇文章帮人家抬轿子自己也没得到什么就走了而是要做出自己的特色做到一定的深度在这个过程中发现和解决重大问题

马大为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他与四川大学教授冯小明南开大学教授周其林因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斩获2018年未来科学大奖物质科学奖并分享价值100万美元的民间资本捐赠

马大为与家人在未来科学大奖颁奖典礼上

2019年4月马大为拿出未来科学大奖的300万元奖金在母校社旗一高设立了未来奖学金用于奖励品学兼优的学生从获奖人转变成捐赠人今年10月他再次回到母校鼓励学生只要努力将来也有机会通过科学改变世界

当时我对化学没兴趣

马大为1963年9月出生于河南社旗县这是一个距离南阳市50公里左右的小县城南水北调中线工程引汉水北上直接经过这里

父母都是教师中学时代赶上科学的春天萌发看到哥德巴赫猜想的报道后对数学充满兴趣也把数学家陈景润和张广厚视作偶像

他在数学上花时间最多那时候河南没有什么课外教材他就托人从上海带来看反倒在化学上花下去的时间连数学的110都不到高考前零零碎碎两周时间看了一遍化学

但他热爱的数学并未在高考时眷顾他我一出考场就想起来了移项时符号没有变由于失误丢了20分高考数学只有77分化学却拿到了90多分报考山东大学数学系直接给分到化学去了

当时我对化学没兴趣1980年马大为进入山东大学化学系就读前半年一直想混到数学系还去数学系转了几圈但那时候没有转专业机会只能硬着头皮学说实在的还是很郁闷

直到半年后马大为渐渐发现化学也是门有意思的学科改变他想法的是那时候读过的科学史居里夫人从沥青提取镭的故事让他觉得化学也不错

大二的有机化学里不可预测的繁多变化让他觉得有趣又有挑战一定要培养自己的兴趣我跟很多研究生也一直在讲假如你喜欢这个专业你看别人的相关文章时能够像音乐家听音乐时那样从中得到一种兴奋感

近几年生化环材四个专业由于就业难而被戏称为四大天坑马大为认为这是误解真正的生化环材专业就业非常热门比如他所从事的有机合成专业已经面临招人都招不到的情况做新药研发的企业需要这样的人做化学合成工艺的研究企业也需要这样的人所以现在这类人才在市场实际上很短缺

生化环材对国民经济影响深远今年诺贝尔奖委员会在解读2021年诺贝尔化学奖的研究发现时提到全球35的GDP涉及化学催化石化工业产品化肥药品塑料香料等日常生活中使用的大量物质都依靠催化制备

马大为曾多次呼吁要重视化学不应对化学有偏见通过基础研究和新技术开发改变原有工艺过程减少化学品生产过程产生的污染这些都是重要的化学研究课题这个行业将来实际上对人才的需求还是很大的

马大为在实验室

仔细看这些能够改变世界的东西化肥也好农药也好医药也好材料也好大部分这些相关物质最早都不是我们发明的甚至我们在制造这些东西的工艺好多也都不是我们原创的

马大为说中国现在是生产和制造这些品类的大国接下来需要让中国研发在发现新功能物质和创造新生产工艺方面做出一些引领世界的成绩如果把学习生化环材专业的重要性提升到这样的高度就有很多事要做

梦想找到第三代配体

马大为是山东大学第一个考上中科院上海有机化学研究所的学生他在这里完成5年硕博连读金属有机化学知识已经基本到了顶峰他决定出国换一个研究方向天然产物合成和药物化学

1994年马大为结束在美国匹兹堡大学和梅育诊所的博士后研究即便当时在美国年薪已经有3万美元他还是选择回到国内当时的上海有机化学研究所面临科研人员青黄不接的问题在有机所的不断动员下马大为加入团队

上海有机所当时已经算是比较接近国际先进水平的一个研究所了特别是在有机化学方面但实际上我们当时跟国外的差距还是非常大的就像我们当时的经济一样反差非常大

年轻时的马大为

拿论文发表来说那时候国内一个研究所一年发表几篇二区文章都觉得很不错了而这对国外科研单位而言是很容易的事国外的研究思路更高端30多年前交叉科学研究已经开展得红火了实验条件更不用说那时候我们确确实实是很艰苦的

但回到有机所后1998年马大为偶然发现了一类氨基酸分子可以提高乌尔曼反应的效率乌尔曼反应由德国化学家在1901年发现它能将简单的卤代芳烃和其它亲核试剂偶联在一起构成一个更加复杂的分子这是化学和制药工业研发过程中常常使用的形成碳碳和碳杂键的重要方法

但经典的乌尔曼反应需要大量铜的催化温度要达到150250摄氏度这可能会破坏一些脆弱的分子骨架大大限制了反应的应用范围

结果无心插柳他发现的氨基酸分子能作为铜源催化剂的配体提高乌尔曼反应的效率大大降低反应所需要的温度和铜催化剂的用量成为化学合成实验室每天都要用的反应这种配体也为荷兰皇家帝斯曼集团的抗高血压药物培朵普利和英国一家医药公司的干眼病治疗药物的工业化生产提供关键助力

之后他又用了整整10年一届又一届学生接力经历了四五批学生终于找到了催化效率更高的第二代配体草酰二胺这一配体出现后的短短几年里已经在工业上产生了上吨级的应用马大为说第一代催化剂已经有两三个工业化应用第二代催化剂的工业化应用有希望上两位数

如今58岁的他还在继续探寻第三代配体他希望催化剂的效率再提高一点点成本再降低一点点这样才有机会变成更加通用的工业催化剂

也不能保证一定能发现但它的意义非常重大马大为说他现在的梦想就是找到这种配体让第三代催化剂实现三位数的工业化应用

科研内卷

马大为在南阳为学生签字赠书

2000年以后中国科研的很多方面都慢慢和国际水平接近但是哪怕在10年前马大为也没有想到中国科研可以取得如此进步

以化学领域论文发表为例马大为说10年前我国一区论文发表数量不到美国一半二区文章的发表数量达到了美国的一半就这10年从2010年到2020年我们已经达到了一区文章跟美国一样多二区文章是人家两倍的程度

你可以想象我们的科研队伍发展多么快但马大为在很多场合都向化学工作者提出即使有比美国多的论文有哪几个人敢说我们在这个领域是最顶尖的

在科技界现在这也是公开的秘密了跟社会上一样都在内卷内卷的主要因素就是很多大学和研究单位没有按照科研的规律招PI实际上我们每个大学人都是超员的

马大为表示与国外高校相比国内高校的科研人员数量是国外的几倍一些大学的初衷可能就是想多点人可以多发点文章数字上好看一点大学排名高一点它并不是要为在哪一个领域做出更重要的发现而设计这个位置去招人的

这就导致了严重的内卷很多年轻科研工作者在面临这些压力时首先想到的是生存他就做一些短平快的研究有些问题可能10年8年也不一定能解决出来尽管这些问题是非常重大的但他觉得如果这样做很有可能研究没做出来人已经被非升即走的制度给赶走了

而短平快的研究很难产生重大影响也难以将成果转化成现实生产力真正有影响力的科研要么在创新上是源头要么将研究工作做到极致最后实现转化无论是做领域里的第一人还是最后一人都需要大量积累和投入而现实的情况是基本上大家都不去着边都在中间挤来挤去

像这次诺贝尔化学奖就是这么一回事今年化学诺奖花落不对称有机催化在2000年前发现的所有通用催化剂要么是金属要么是酶德国科学家本杰明李斯特和美国科学家戴维麦克米伦在2000年各自发表了关于第三类催化剂的发现依靠有机小分子不对称有机催化的新型催化模式诞生了

但马大为表示在有机小分子催化领域里大约一半的论文发表都是中国贡献的实际上最终是烘托了这两位科学家工作的重要性讲穿了就是帮人家抬轿子当然在抬轿子的过程中你修炼得很好最后在这个领域做得甚至超越他了那也是一种说法但你最后做了几篇文章帮人家抬轿子自己也没得到什么就换个热点领域去研究这可以说是现在国内科学界普遍存在的一个问题

勿简单抬轿子

在马大为看来科研内卷的破局方法是分类改革把基础研究交给精英把应用研究交给市场

国家应该满足一部分精干人员从事基础研究所需要的经费假如他们基本上不为生活和科研经费发愁他们的研究品位自然会高一点就可以静下心来做一些更有价值更有探索性的基础研究另外一方面我们也有很多科研人员号称在做应用研究但实际上他的应用研究很难跟市场接轨因此需要把应用研究交给市场去引导让市场检验创新和实用的程度

同样高等教育应该把培养不同种类的人才放在中心位置并非每个高校都适合进行基础研究有的大学可能连研究条件都没有但想着我们招了一批博士做教师就要创造条件去做基础研究又开始买设备然后再去招研究生去申请新的硕士点和博士点相当于又摊了一个新大饼

对于年轻科研工作者马大为告诫科研不应扎堆凑热闹即使扎堆凑热闹也不要简单地抬轿子而是要做出自己的特色做到一定的深度在这个过程中发现和解决重大问题

另一个很多人缺乏勇气去挑战的科研方向是完全独辟蹊径要想哪些领域是重要的哪些问题还没解决通过自己的努力有可能在5年10年后开辟一个新领域

做科研可以说95以上的时间是失败的但马大为认为失败是一个好机会能让人了解失败的原因分析并解决问题我们要鼓励大家去探索无人区现在很多科研人员就做一些相对比较简单容易做出来的东西但现在国家已经到了一定要做原创探索无人区的时候了

马大为在博士后阶段所学的复杂天然产物合成和药物化学本质上是要通过一步步反应将一个简单分子一点点拼成复杂有功能的分子

回国后他也带领团队进行了很多具有重要生理活性的复杂分子的合成研究例如为抗癌药曲贝替定找到了一种迄今为止最简便的合成路线这一抗癌药由于结构复杂被称为世界上最难合成的两个抗癌药物分子之一采用新路线后原先40多个合成步骤现在仅需26个这意味着药物制备成本可大大降低

目前除了探寻第三代配体马大为团队还在研究天然产物天然产物过去被变成新药的机会还蛮多的就像青蒿素也是一个天然产物他认为如果能掌握天然产物产生生物活性的机理就能为药物研发提供很多重要线索现在难度还是蛮大的研究起来确实比较困难但也是我们想做的一件事

匹兹堡所在的美东地区做有机合成这个行当的有个传统要求就是工作强度非常大每天干12小时每周干6天甚至7天是很多实验室的硬规定他把这样的传统也带了回来人家已经那么先进了还这么努力地干活你要想赶超人家的话连这个都赶不上肯定不行

如今的马大为只要不出差几乎仍旧每天花1012小时扑在办公室看资料这也是一种爱好不去看看好像心里着急了

责任编辑李跃群

校对丁晓