Shanghai Institute of Organic Chemistry

中国科学院国家天文台等研究团队发布 SpecCLIP 人工智能模型，为恒星光谱分析与跨巡天数据融合研究提供了全新技术思路。受天然光合系统超高量子效率启发，中国科学院上海有机所等团队构建新型球形色素体纳米胶束，实现水相高效光催化制氢，取得重大突破。基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第181期。1《The Astrophysical Journal》丨 SpecCLIP AI 模型解锁恒星光谱分析新范式基于SpecCLIP基座模型构建的面向科研人员的恒星光谱专业分析平台界面恒星光谱被称为研究宇宙的 “指纹”，科学家可通过它测算恒星温度、化学成分等核心参数，还能反演银河系的演化历史。但不同望远镜、巡天项目获取的光谱数据，在分辨率、波段范围等方面差异显著，长期以来难以直接统一分析。针对这一行业痛点，中国科学院国家天文台等研究团队研发的 SpecCLIP 模型，借鉴大语言模型的核心思想，重点攻克了 LAMOST 低分辨率光谱与 Gaia XP 光谱的联合分析难题。该模型将不同来源的光谱数据映射至同一 “特征空间”，通过对比学习自主掌握两类光谱的内在关联，高效实现跨仪器、跨巡天的数据对齐与转换。不同于传统单任务训练模型，SpecCLIP 属于基础模型框架，可同时完成恒星参数预测、光谱搜索、异常天体发现等多项任务。目前，该模型已在宜居行星筛选、银河系演化研究等前沿领域落地，未来有望成为连接不同天文观测系统的核心桥梁，推动相关研究向更高精度发展。原文链接：2《Journal of the American Chemical Society》丨新型人工色素体实现超高活性产氢仿LH-RC人工球形色素体系统的制备与高分辨结构表征中国科学院上海有机化学研究所等团队在人工光合组装体研究领域取得重要进展。受天然高效光合系统启发，团队设计了两亲性卟啉基类似物，通过自组装构建新型球形色素体纳米胶束，精准模拟紫细菌 LH2 与 LH1–RC 超级复合物结构。该研究成功复刻天然光合核心结构与功能，开辟了水相高效人工光合产氢新途径，为太阳能燃料合成的设计与机理研究提供了重要支撑。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5c193953《Cell》丨血管内皮发育全景图揭示器官特异性分化新机制小鼠内皮细胞胚胎发育全程的谱系图血管不仅是血液流通的通道，还参与器官的再生修复，血管内皮细胞是其基本构成单元。此前，动静脉分化机制已明确，但不同器官内的血管如何形成特异性功能，仍不清楚。中国科学院广州生物医药与健康研究院等团队构建了小鼠胚胎内皮细胞全程发育谱系图。研究发现，内皮细胞最早可在 E7 定义，E8 便开始器官特异性分化，先形成心脏心内膜，随后在孕中期逐步分化出适配脑、肝、肺、消化道等器官的内皮细胞，并形成各自独特的基因调控网络。团队对比人与小鼠肺血管内皮发现，二者分化节点与亚群相似，但存在大量物种差异基因，凸显人类细胞研究的重要性。研究还鉴定出关键基因 Casz1：它在肺内皮中高度富集，敲除后会抑制肺血管生长、阻断器官特异性分化，并通过调控 FGF1 等因子影响肺泡发育。该研究系统解析了血管内皮器官特异性分化的时空轨迹与分子机制，为心脑血管等疾病研究提供了重要理论基础。原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00049-84《Environmental Science & Technology》丨 强化Fe(II)活性助力污染场地原位修复小分子有机酸介导的零价铁表面工程实现Fe(II)的可持续活化铁是地壳中含量第二的金属，其价态变化对土壤和地下水的氧化还原过程至关重要。其中，二价铁（Fe(II)）是铁形态转化的关键中间产物，能驱动电子转移，影响多种污染物的迁移转化，是污染场地原位修复的研究热点。但Fe(II)在自然环境中易氧化、沉淀，难以维持有效浓度，制约了修复效果。中国科学院南京土壤研究所提出湿法球磨协同表面配位调控的Fe(0)功能化策略，利用土壤和地下水中的小分子有机酸，剥离Fe(0)表面氧化层，构建稳定的Fe(II)-有机酸络合结构。研究发现，不同有机酸的作用存在差异：草酸与抗坏血酸可双路径协同提升Fe(II)稳态浓度和转化效率。以六价铬为模型污染物，改性后的Fe(0)去除容量最高达未改性的22.6倍，实际地下水修复中12小时即可将六价铬浓度降至限值以下。该研究阐明了有机酸结构与Fe(II)活性的关联，揭示了铁循环驱动污染物转化的微观机制，为Fe(II)活性调控提供了新范式，也为高效绿色的污染修复技术提供了理论支撑。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c143145《Nature》丨金属自旋超固态突破极低温磁制冷性能瓶颈金属自旋超固态及其磁制冷示意图传统磁制冷材料需搭配金属复合结构使用，不仅提升了制冷模块的复杂度，还拉低了制冷量、导致制冷功率不足。行业理想的磁制冷材料，需同时具备大冷量，以及像金属块一样快速传递冷量的高导热能力。中国科学院合肥物质科学研究院、理论物理研究所等团队，在阻挫磁性与极低温制冷领域取得关键突破，首次在三维磁性合金中发现金属自旋超固态，并建立了对应的协同驱动新机制。这种阻挫磁性合金在极低温下同时兼具巨大磁卡效应和超高热导率，打破了行业长期存在的性能瓶颈。测试显示，其绝热去磁制冷最低温度可达 106mK，刷新了金属磁卡材料的低温纪录；在 100mK 极低温区，热导率较同类材料高出 1 至 2 个数量级，成功破解了热导关键瓶颈。该材料无需依赖稀缺的氦 - 3 资源，为我国量子计算、精密测量等前沿领域提供了自主可控的全新制冷方案。目前，材料兼具优异性能与批量制备潜力，团队已研制出纯金属制冷模块，推动技术从基础研究迈向器件探索阶段，开辟了金属制冷新方向。原文链接：6《PNAS》丨新型固相纯化策略攻克 DNA 编码多肽文库纯度难题传统DNA编码多肽文库与基于mFmoc氨基酸纯化策略构建PDEL的示意图多肽类药物临床优势突出，DNA 编码多肽文库（PDEL）是多肽药物研发的重要工具，但现有文库缺乏有效纯化手段。随着多肽长度增加，未反应原料与副产物不断累积，文库纯度和序列均一性大幅下降，易引发筛选假阳性、假阴性结果，增加优质多肽分子发现难度。针对该问题，中国科学院上海药物研究所提出新型非天然多肽文库构建策略。团队采用叠氮修饰 Fmoc 保护氨基酸，通过点击化学反应与固相载体共价偶联，再经脱保护同步完成多肽释放与固相纯化，可实现每轮合成后的提纯。该方法成功构建出纯度超 95% 的 DNA 编码多肽文库，大幅提升文库质量。以转铁蛋白受体 1 为靶点的平行筛选证实，新文库候选多肽的序列同源性和靶点特异性显著提升。团队从中获得多个纳摩尔级亲和力结合肽，其中代表性分子TR17表现出优异的结合活性。该策略为高质量 DNA 编码多肽文库构建提供了稳健且可扩展的技术路径，是多肽药物发现领域的重要技术突破。返回搜狐，查看更多

SCIENCE马大为1963年生，河南社旗人，中国科学院院士、中国科学院上海有机化学研究所研究员。主要从事复杂天然产物全合成及构效关系、有机合成方法学和其在合成生物活性分子中的应用等研究。科学成就他改进的乌尔曼反应，解决了碳—杂原子键构建的科学难题，成果广泛应用于新药研发和新材料研制。曾获国家自然科学奖二等奖、第三届全国创新争先奖、上海市科技功臣奖等。在中国科学院上海有机化学研究所（以下简称“有机所”），提到马大为，很多人竖起大拇指，他的研究被一些国际同行评价为“现代药物发现最常用的方法之一”。面对同行的称赞，马大为说：“没做什么，我就是个普通的科研人员。”“不能轻言放弃，要始终有寻找难题答案的勇气”直到今天，马大为还记得自己在有机所读研究生时，导师陆熙炎教授说过的话：“年轻人要勇敢地跳出舒适区，探索无人区，在交叉学科的研究中找到真问题。”1989年，马大为从有机所博士毕业，获得公派留学机会。所里一位老师建议马大为调整研究方向，于是他做出一个“大胆”的决定：转向当时国内尚属空白的领域——有机化学与生命科学交叉的药物合成研究。1994年，结束在国外博士后的研究，马大为选择回到有机所工作。“国家需要，就是我努力的方向。”马大为回忆，当时所里从事药物合成研究的科研人员青黄不接，连间像样的实验室都没有，他就从找研究经费、搭实验室开始，开展药物合成研究。在实验室的时间过得很快，马大为专注进行抗肿瘤药物合成实验，每天不断重复实验过程。1998年夏天，他在合成蛋白激酶抑制剂的实验中意外发现一类氨基酸分子，可以提高乌尔曼反应的效率。乌尔曼反应由德国科学家在1901年发现，该反应将当量铜作为催化剂，能构建出化学和制药工程中需要的碳碳和碳杂键的偶联反应。但苛刻的反应条件，使得适用这一反应的化合物很少。1995年，美国科学家又发现了钯催化方法，虽然在医药与农药分子的合成上得到了广泛应用，但是钯金属价格昂贵，成本较高。“新发现的氨基酸分子用作催化剂，可以显著提升碳碳和碳杂键的偶联反应效率。”马大为说。这个突破性成果攻克了有机化学领域的一个难题，让年轻的马大为凭借此项研究在学术界崭露头角。马大为说：“科学探索，是有目标的坚持与偶然发现相结合的过程。”成功的背后是长期的坚持，为了探寻比氨基酸分子催化效率更高的配体，马大为又努力了10年。直至2015年，他的团队找到了草酰二胺配体，首次实现了芳基氯化物的高效碳杂键偶联反应，这一成果被称为“乌尔曼—马”反应，如今已被广泛应用于新药研发和新材料创制。如今，马大为还在执着寻找下一代“更高效更便宜”的配体，“哪怕再寻找10年，也许这辈子都不一定能找到，但不能轻言放弃，要始终有寻找难题答案的勇气。”他说。“每简化一步合成步骤，就能降低制药成本，让患者买到更便宜的药”除了开展催化偶联反应研究，马大为还将很多时间投入到天然产物（即天然存在的化学成分）全合成和药物化学研究中。有机所所长胡金波说：“从有机合成方法学，到萜类和生物碱类天然产物全合成，再到特殊靶点和细胞凋亡过程的小分子调节剂发现，马院士都广泛涉猎。”天然产物的合成路线很多，但殊途同归，比拼的就是谁的路线最短最省钱。抗癌药曲贝替定由于结构复杂，常规的合成路线需要40多个步骤，被称为世界上最难合成的抗癌药物分子之一，因此价格昂贵。药物创新是一个不停试错的过程。“要做好10年才出成果，甚至做了七八年结果失败了，一切归零的准备。”马大为说。但他不畏艰难，所思所想皆是如何为患者找到便宜的好药：“要努力寻找药物合成的最优解。我们每简化一步合成步骤，就能降低制药成本，让患者买到更便宜的药。”经过多年努力，马大为团队为曲贝替定找到了一种迄今为止最简便的合成路线。“我们的新路线仅需要26个步骤，比原路线缩短了1/3。”这一研究成果成功投入生产，中国也因此成为曲贝替定原料药的全球最大供应商，惠及全球数万名患者。40多年的科研工作中，马大为完成了超过70种复杂活性天然产物的高效全合成，其中近半是首次全合成，为我国合成化学的发展作出了重要贡献。每次工艺改进成功后，马大为都要学生们计算精简了多少步骤、节约了多少成本，能为患者省下多少钱。正是这种将科学理想与社会责任紧密结合的情怀，影响了越来越多年轻人。“研究真问题，值得持之以恒地投入”采访时记者发现，马大为走路很快，似乎总想着能多节约一点时间。正是在这种快节奏状态的带动下，生命有机化学国家重点实验室取得多项研究成果，已成为国际知名的有机合成研究中心，培养了近百名研究生和博士后，其中20余人已在国内外知名高校担任教授。有机所研究员丁克说，2006年回国后，他一度无法确定科研方向，有些迷茫。但在马大为的引导和启发下，他找到了自己的研究方向，专注于蛋白激酶研究，直到今天。“我的办公室就在马老师办公室隔壁，他的房门一直开着，不管是谁在工作中遇到疑惑，都可以过去向他请教。”丁克说。如今已是有机所课题组组长的左智伟，攻读博士期间师从马大为。他说，马老师总是鼓励大家挑战前沿课题，跟着马老师做科研，虽然辛苦但每次收获都很大。现在，左智伟也开始带学生做课题，对“什么是真正有价值的科研”有了更深刻的理解：“马老师曾说过，‘研究真问题，值得持之以恒地投入’。”2018年，马大为获得未来科学大奖物质科学奖后，拿出这项大奖300万元奖金，在母校河南社旗第一高中设立了“未来奖学金”。“希望孩子们能够找到学习的兴趣，发现问题，挑战自己。”马大为道出了自己的初心，“年轻人才能决定科学的未来。”不出差的日子，马大为常在办公室工作10—12个小时。他觉得每天往返位于浦东的家和位于徐汇区零陵路的实验室，路上会浪费时间，索性在有机所旁边租了一间小公寓。“每天都要看看新文献、及时跟进研究成果，心里才踏实。”他笑着说。如今，实验室里，又一批年轻的科研人员在马大为的指导下，继续着探索分子世界的旅程。那些烧瓶里跳动的分子，仿佛在诉说着一位科学家关于坚持与热爱的故事。返回搜狐，查看更多

复杂天然产物全合成（简称全合成）在有机合成化学乃至整个有机化学领域中都具有举足轻重的作用，其核心目标是从简单易得的原料出发，通过一系列精心设计的化学反应，高效、立体选择性地构建具有复杂结构的天然产物或功能分子。自1828年尿素合成以来，全合成已从单纯的“结构验证”演变为一门集策略设计、方法学创新、功能探索与化学美学表达的综合性科学。它不仅推动了反应机理的认知、催化技术的发展、新试剂的发明与应用，更直接赋能了药物研发、材料科学和生命科学。 近期，英国皇家化学会（RSC）旗下Chemistry World网站上发表了题为“The future of total synthesis”的文章，探讨了全合成的现状和未来，以及资金和学术压力带来的困境。该文系统梳理了复杂天然产物全合成的历史脉络、当前进展、核心驱动力以及面临的多重挑战，以“从结构验证到策略创新”为主线，结合多位国际顶尖合成化学家的观点与最新研究成果，深入呈现了全合成作为一门融合科学、艺术与工程的综合性学科，其未来发展所依赖的技术突破与制度支持。 一、全合成的来时路：从结构确认到创新引擎  全合成的起源可追溯至1828年Friedrich Wohler合成尿素，这一实验彻底推翻了“生命力论”，标志着有机合成的诞生。自此，全合成不再仅仅是天然产物结构的验证手段，而逐渐演化为推动整个有机化学发展的核心驱动力。 全合成的核心目标始终未变：从简单易得的原料出发，通过一系列精确设计的化学反应，高效、立体选择性地构建复杂天然产物。然而，其意义已远超出合成本身。瑞士洛桑联邦理工学院祝介平教授提到，他因阅读Stuart Warren的《有机合成：断键法》（Organic Synthesis: The Disconnection Approach）而进入该领域。这本书系统阐述了逆合成分析的理念，该理念由E. J. Corey在20世纪60年代正式提出，至今仍是全合成路线设计的基石。 E. J. Corey。图片来源于网络 全合成不仅是化学反应的集合，更是策略、美学与功能的统一体。因此，全合成常被比作“化学登山运动”，每一次成功的合成，都是对人类创造力和技术极限的突破。 二、全合成的四大驱动力：目标、方法、教育与功能 通过多位科学家的视角，该文提炼出全合成持续发展的四大内在驱动力： 1. 结构确认与修正 在光谱学和X-射线晶体学普及之前，全合成是确认天然产物结构的唯一手段。即使在今天，化学家们在全合成中仍然有时会发现长期以来假定的结构存在错误，尤其是在立体中心方面。这种实验验证功能，确保了结构生物学和药物化学的准确性。 2. 生物学功能与药用研究 北京生命科学研究所李超教授指出，天然产物是亿万年进化的产物，具有极高的生物活性和靶向精度。据估计，在欧盟和美国获批上市药物中约50%为天然产物或其衍生物，如紫杉醇（Taxol）广泛用于治疗乳腺癌、肺癌、卵巢癌和其他癌症，伏环孢素（Lupkynis）用于治疗狼疮引起的肾脏并发症等。全合成不仅能提供足够量的分子用于机制研究，还能通过结构优化提升药效、降低毒性。 伏环孢素结构。图片来源：Chemistry World 3. 人才培养与思维训练 Scripps研究所的Phil S. Baran教授和中国科学院上海有机化学研究所的桂敬汉研究员都认为，全合成是培养化学研究者的最佳训练场。每一步反应往往涉及不同类型的化学转化，学生们必须在资源有限、路线不确定的条件下解决问题。这种训练不仅提升了实验技能，更锻造了战略思维和创新能力，成为制药企业以及化学科研机构最看重的素质。 4. 方法论创新与技术拓展 全合成是检验新反应、新试剂、新催化体系的试金石。许多如今广泛使用的合成方法，如自由基偶联、多米诺反应、酶催化等，都是在全合成项目中孕育并成熟的。Baran教授指出，“那些源于天然产物创新合成路线的方法，最终可能会进入新药研发的工具箱。” 三、当前研究前沿：从自由基到酶，从串联到计算 该文重点介绍了2024–2025年间多个代表性研究，展现了全合成在方法学上的多元突破。 1. 自由基逆合成：打破极性思维的束缚 Baran课题组长期致力于自由基交叉偶联反应。2025年3月，他们报道了以磺酰肼为前体的自由基碳-碳键构建方法（Science, 2025, 387, 1377，点击阅读详细），随后应用于石房蛤毒素及其类似物的合成，以不到10步的高效路线完成此前需30步以上的目标分子（Nature, 2025, 646, 351，点击阅读详细）。这一策略突破了传统极性逆合成分析的限制，为构建三维复杂结构开辟了新路径。 以磺酰肼为前体的自由基碳-碳键构建。图片来源：Science, 2025, 387, 1377 石房蛤毒素及其类似物的合成。图片来源：Nature, 2025, 646, 351 桂敬汉课题组也在探索自由基反应在全合成中的应用潜力。2024年2月，他们报道了以市售麦角甾醇为原料，分别用15步和14步首次合成了aspersteroid A和B。这些合成路线包含多个自由基化学步骤，其中包括环氧化物的非对映选择性自由基还原，以引入一个具有挑战性的立体中心（J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 6481，点击阅读详细）。 天然产物Aspersteroids的仿生合成。图片来源：J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 6481 西北农林科技大学的郝宏东教授也致力于探索非常规的断键方式。2024年12月，他的课题组报道了海洋环戊烷类化合物四环骨架（一个六元环和三个五元环）的构建，关键步骤包括金催化的Nazarov环化反应和Pauson-Khand反应。郝教授课题组完成了孢子素C和K以及12β-羟基孢子素C的不对称合成，每个合成总步骤约20步。他们还与北京大学的黎后华课题组合作，证明了这些分子具有抗炎活性（Nat. Commun., 2024, 15, 10851，点击阅读详细）。 海洋Cyclopianes二萜家族全合成。图片来源：Nat. Commun., 2024, 15, 10851 2. 多米诺/串联反应：一锅法构建复杂骨架 2025年10月，祝介平团队利用多米诺反应序列，仅用11步就实现了(+)-punctaporonin U的全合成（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 40106）。该分子具有五个环、两个桥键、八个立体中心，传统方法需30步以上。通过将Michael加成、羟醛缩合、溴化反应串联于一釜，显著提升了步骤经济性。这种策略设计体现了全合成的极致美学。 (+)-punctaporonin U的全合成。图片来源：J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 40106 3. 酶催化与后期修饰：精准编辑与功能拓展 圣安德鲁斯大学Rebecca Goss实验室利用卤化酶实现芳香杂环的区域选择性卤化，进而通过交叉偶联快速构建衍生物库（ACS Catal., 2025, 15, 18995）。Scripps研究所的Boger团队则通过“共性中间体”策略，对万古霉素进行结构改造，使其获得三种独立协同的作用机制，几乎无法产生耐药性。北京生命科学研究所李超课题组亦通过后期修饰优化基布德洛霉素（kibdelomycin），获得活性更强、毒性更低的先导化合物（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202415439）。 kibdelomycin / amycolamicin的结构活性关系。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202415439 4. 人工智能（AI）与计算化学：辅助路线规划与选择性预测 加州理工学院Sarah Reisman团队开发了基于机器学习的选择性预测模型，能在合成前预判复杂分子中碳氢官能化反应的位点（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 7476）。Scripps研究所的Shenvi则将量子力学与统计建模结合，构建“虚拟中间体库”，为25种picrotoxane天然产物筛选最优合成路径。这些工具虽尚未取代人类化学家的直觉，但已显著提升路线规划效率（Nature, 2025, 638, 980，点击阅读详细）。 25种天然产物picrotoxanes的简洁合成。图片来源：Nature, 2025, 638, 980 尽管技术层面欣欣向荣，全合成的学科生态却面临严峻挑战。文章明确指出，根本问题在于全球科研资助格局与学术评价体系的错配。欧美多国的基础研究经费持续向应用导向、短期产出明确的领域倾斜。Goss指出，英国多支全合成团队解散，缺乏新生代接替。Reisman也表示，产业界资助多聚焦于方法开发或靶点验证，而非全合成本身。Baran称，这种情况“由多种因素共同作用造成的，包括资助者倾向于支持能够发表大量论文的项目，大学更倾向于聘用拥有丰富论文发表记录的人员，还有，天然产物合成不像方法学开发那样能够快速发表论文。”实际上，“Publish or perish”的学术文化使全合成研究处于劣势。一篇全合成论文往往耗时数年，难度高，但数量远不及方法学论文。Reisman坦言，研究机构的人员晋升考核多依赖论文数量，“这让人战略性回避全合成。”Baran更直言，“这是一个由资助者、大学和期刊共同塑造的恶性循环。” 面对挑战，该文提出了多条可能的突围路径：（1）强化技术融合。AI、计算化学、自动化合成平台的介入，正在将全合成从经验驱动推向数据驱动。未来，逆合成分析有望在人机协作中实现突破，缩短研发周期，降低入门门槛。（2）重构评价体系。部分研究机构已开始尝试多种新型评价方式，若能在更广范围内推广，将为全合成等长周期、高难度的学科争取生存空间。（3）重设学科叙事。Baran强调“全合成仍是一门艺术。”通过强调其在药物发现、人才培养、方法创新中的不可替代性，全合成有望重塑其在科研生态中的战略地位。 原文： Nina Notman. The future of total synthesis.  https://www.chemistryworld.com/features/the-future-of-total-synthesis/4022639.article 点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊