在日前舉辦的第二十六屆中國科協(xié)年會開幕式上，中國科協(xié)發(fā)布了“2024重大科學(xué)問題、工程技術(shù)難題和產(chǎn)業(yè)技術(shù)問題”。其中，中國化學(xué)會推薦的“通過精準(zhǔn)化學(xué)實現(xiàn)藥物和功能材料的綠色制造”成功入選十大產(chǎn)業(yè)技術(shù)問題。那么什么是“精準(zhǔn)化學(xué)”?這一理論又有哪些創(chuàng)新和突破。為進(jìn)一步了解這一產(chǎn)業(yè)技術(shù)問題的實質(zhì)和前景，《中國化工報》記者采訪了問題的提出者——上海醫(yī)藥工業(yè)研究院原副院長張福利教授。

　　張福利介紹，精準(zhǔn)化學(xué)作為有機(jī)化學(xué)的發(fā)展方向，對于“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)具有重要意義。精準(zhǔn)化學(xué)的核心在于通過精確控制化學(xué)反應(yīng)和分離純化過程，實現(xiàn)藥物和功能材料的高效合成與純化，從而推動化學(xué)制藥和功能材料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　話雖這么說，但實現(xiàn)精確控制化學(xué)反應(yīng)和分離純化過程又談何容易?對于這個難點，張福利認(rèn)為，要實現(xiàn)精確控制，就需要對化學(xué)反應(yīng)過程有更深入的理解。“在踐行精準(zhǔn)化學(xué)的過程中，團(tuán)隊在大量的藥物合成研究中逐漸形成了新認(rèn)識，并在此基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展出突破性的理論體系?！睆埜＠麖?qiáng)調(diào)。

　　張福利向記者介紹，縱觀我國的醫(yī)藥化工生產(chǎn)現(xiàn)狀，傳統(tǒng)醫(yī)藥化工產(chǎn)品的制造過程復(fù)雜、反應(yīng)步驟長、收率低，也不能滿足各方對“綠色化學(xué)”的訴求，其原因在于大部分反應(yīng)尚不能實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。對于這些反應(yīng)，張福利認(rèn)為，需要從頭審視這些反應(yīng)的機(jī)理。而解決這些問題的關(guān)鍵，很大程度上與對氧化還原反應(yīng)的再理解有關(guān)。

　　“目前，大約有80%的反應(yīng)問題已經(jīng)解決，還有20%的疑難雜癥。這些疑難雜癥中80%的反應(yīng)又和氧化還原有關(guān)。如果我們把這些疑難雜癥的反應(yīng)過程搞明白，不就有96%的成功把握嗎?”張福利介紹說，大量證據(jù)表明，目前國內(nèi)外傳統(tǒng)教科書上的理論與實際應(yīng)用之間存在較大的脫節(jié)，迫切需要重新詮釋并構(gòu)建新的理論體系。另外，在分離純化階段，還需要探究各種分離純化技術(shù)(如萃取、分餾、結(jié)晶、色譜)的共同理論基礎(chǔ)。這需要深入研究分子間力的作用機(jī)制，從分子結(jié)構(gòu)層面構(gòu)思相應(yīng)的分離純化技術(shù)措施。

　　張福利介紹，隨著團(tuán)隊的不斷探索，精準(zhǔn)化學(xué)在理論和實踐方面都取得了一定的進(jìn)展。在化學(xué)反應(yīng)方面，團(tuán)隊對有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的氧化還原和電子轉(zhuǎn)移方式有了新的理解，對一些反應(yīng)的機(jī)理提出了新看法；在對分子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)活性關(guān)系的透徹理解基礎(chǔ)上，從能量的角度理解并計算化學(xué)反應(yīng)所需的活化能，從而選擇能量適配的反應(yīng)試劑，以實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的定量轉(zhuǎn)化。

　　張福利舉例說明了精準(zhǔn)化學(xué)理論的應(yīng)用成效。曾經(jīng)有一家藥廠求助，該廠的二氫吡啶類(俗稱地平類)降壓藥物產(chǎn)品中，檢出了吡啶類化合物雜質(zhì)，且檢出量經(jīng)常超過標(biāo)準(zhǔn)。廠家對此非?？鄲?，在多方求助后，最終找到張福利團(tuán)隊。他們根據(jù)氧化還原理論，認(rèn)為反應(yīng)體系中出現(xiàn)了某種氧化劑將二氫吡啶化合物氧化為吡啶類雜質(zhì)。在廠家排除了團(tuán)隊指出的氧化條件比如光照、鐵離子催化氧化等原因后，體系中仍然不能避免該雜質(zhì)的產(chǎn)生。最后，張福利團(tuán)隊在氧化還原理論指導(dǎo)下經(jīng)過大量試驗研究找到了根本原因：在反應(yīng)體系加入有機(jī)酸成鹽的過程中，由于游離的氫離子的存在，進(jìn)一步促進(jìn)了產(chǎn)品芳構(gòu)化(氧化)成該雜質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)如同撥云見日，困擾廠家的難題終于解除。張福利介紹，目前，團(tuán)隊已經(jīng)完成8個類似的工業(yè)應(yīng)用案例。

　　張福利認(rèn)為：“隨著科學(xué)技術(shù)大爆發(fā)時代的到來，過去難以想象的事情將成為現(xiàn)實!”比如，在反應(yīng)能量的控制中，除了已經(jīng)蓬勃發(fā)展的催化技術(shù)(包括金屬催化和生物酶轉(zhuǎn)化)、微通道反應(yīng)器，光化學(xué)、電化學(xué)以及各種先進(jìn)的分析儀器等新方法、新設(shè)備和新技術(shù)的應(yīng)用，可以精準(zhǔn)控制反應(yīng)所需能量，從而保證反應(yīng)產(chǎn)物的收率，減少副反應(yīng)的發(fā)生。

　　正如中國科學(xué)院院士馬大為的推薦詞所述：“現(xiàn)代化學(xué)家研究許多反應(yīng)，但這些反應(yīng)不一定適合功能分子和藥物分子的制造。我們針對藥物和功能材料的制造過程，發(fā)展一些新反應(yīng)，甚至新的合成策略，這樣的課題是十分重要的?！?/p>

　　中國科協(xié)的專家也在評議中寫道，精準(zhǔn)化學(xué)理論體系的建立對于推動我國藥物和功能材料產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級具有重要意義，不僅有助于提升我國藥物和功能材料產(chǎn)業(yè)的國際競爭力，還將為提升我國產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈韌性和安全水平發(fā)揮重要作用。此外，精準(zhǔn)化學(xué)的成功實踐還將為其他行業(yè)提供寶貴的經(jīng)驗和借鑒。

　　張福利表示，精準(zhǔn)化學(xué)理論體系的建立和發(fā)展，不僅是藥物和功能材料行業(yè)的重大突破，還可以推廣到能源、化工等多個領(lǐng)域，有助于推動整個社會的可持續(xù)發(fā)展。

　　“然而，精準(zhǔn)化學(xué)理論體系仍面臨一些關(guān)鍵難點和挑戰(zhàn)，還有一定爭議?！睆埜＠蔡钩辛诉@一點，學(xué)界對新理論體系的接受程度還不高，既是正?，F(xiàn)象，也給理論發(fā)展提出了要求。未來，團(tuán)隊需要進(jìn)一步驗證和完善現(xiàn)有的理論體系，以確保其在實際應(yīng)用中的準(zhǔn)確性和可靠性；還需要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，深入探索化學(xué)反應(yīng)和分離純化過程的本質(zhì)規(guī)律，為精準(zhǔn)化學(xué)的發(fā)展提供更為堅實的理論支撐。

　　“當(dāng)前，我國科技水平已經(jīng)突飛猛進(jìn)，在西方科學(xué)體系下提出中國人的原創(chuàng)理論是有可能成為現(xiàn)實的，也希望更多的有識之士可以共同參與進(jìn)來?！睆埜＠硎尽?/p>