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诺奖问答| 2022 年诺贝尔化学奖授予点击化学和生物正交化学，有哪些信息值得关注？******

　　相比起今年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖的高冷，今年诺贝尔化学奖其实是相当接地气了。

　　你或身边人正在用的某些药物，很有可能就来自他们的贡献。

　　2022 年诺贝尔化学奖因「点击化学和生物正交化学」而共同授予美国化学家卡罗琳·贝尔托西、丹麦化学家莫滕·梅尔达、美国化学家巴里·夏普莱斯（第5位两次获得诺贝尔奖的科学家）。

　　一、夏普莱斯：两次获得诺贝尔化学奖

　　2001年，巴里·夏普莱斯因为「手性催化氧化反应[1] [2] [3]」获得诺贝尔化学奖，对药物合成（以及香料等领域）做出了巨大贡献。

　　今年，他第二次获奖的「点击化学」，同样与药物合成有关。

　　1998年，已经是手性催化领军人物的夏普莱斯，发现了传统生物药物合成的一个弊端。

　　过去200年，人们主要在自然界植物、动物，以及微生物中能寻找能发挥药物作用的成分，然后尽可能地人工构建相同分子，以用作药物。

　　虽然相关药物的工业化，让现代医学取得了巨大的成功。然而随着所需分子越来越复杂，人工构建的难度也在指数级地上升。

　　虽然有的化学家，的确能够在实验室构造出令人惊叹的分子，但要实现工业化几乎不可能。

　　有机催化是一个复杂的过程，涉及到诸多的步骤。

　　任何一个步骤都可能产生或多或少的副产品。在实验过程中，必须不断耗费成本去去除这些副产品。

　　不仅成本高，这还是一个极其费时的过程，甚至最后可能还得不到理想的产物。

　　为了解决这些问题，夏普莱斯凭借过人智慧，提出了「点击化学（Click chemistry）」的概念[4]。

　　点击化学的确定也并非一蹴而就的，经过三年的沉淀，到了2001年，获得诺奖的这一年，夏普莱斯团队才完善了「点击化学」。

　　点击化学又被称为“链接化学”，实质上是通过链接各种小分子，来合成复杂的大分子。

　　夏普莱斯之所以有这样的构想，其实也是来自大自然的启发。

　　大自然就像一个有着神奇能力的化学家，它通过少数的单体小构件，合成丰富多样的复杂化合物。

　　大自然创造分子的多样性是远远超过人类的，她总是会用一些精巧的催化剂，利用复杂的反应完成合成过程，人类的技术比起来，实在是太粗糙简单了。

　　大自然的一些催化过程，人类几乎是不可能完成的。

　　一些药物研发，到了最后却破产了，恰恰是卡在了大自然设下的巨大陷阱中。

　　　夏普莱斯不禁在想，既然大自然创造的难度，人类无法逾越，为什么不还给大自然，我们跳过这个步骤呢？

　　大自然有的是不需要从头构建C-C键，以及不需要重组起始材料和中间体。

　　在对大型化合物做加法时，这些C-C键的构建可能十分困难。但直接用大自然现有的，找到一个办法把它们拼接起来，同样可以构建复杂的化合物。

　　其实这种方法，就像搭积木或搭乐高一样，先组装好固定的模块（甚至点击化学可能不需要自己组装模块，直接用大自然现成的），然后再想一个方法把模块拼接起来。

　　诺贝尔平台给三位化学家的配图，可谓是形象生动[5] [6]：

　　夏普莱斯从碳-杂原子键上获得启发，构想出了碳-杂原子键（C-X-C）为基础的合成方法。

　　他的最终目标，是开发一套能不断扩展的模块，这些模块具有高选择性，在小型和大型应用中都能稳定可靠地工作。

　　「点击化学」的工作，建立在严格的实验标准上：

　　反应必须是模块化，应用范围广泛

　　具有非常高的产量

　　仅生成无害的副产品

　　反应有很强的立体选择性

　　反应条件简单(理想情况下，应该对氧气和水不敏感)

　　原料和试剂易于获得

　　不使用溶剂或在良性溶剂中进行(最好是水)，且容易移除

　　可简单分离，或者使用结晶或蒸馏等非色谱方法，且产物在生理条件下稳定

　　反应需高热力学驱动力（>84kJ/mol）

　　符合原子经济

　　夏尔普莱斯总结归纳了大量碳-杂原子，并在2002年的一篇论文[7]中指出，叠氮化物和炔烃之间的铜催化反应是能在水中进行的可靠反应，化学家可以利用这个反应，轻松地连接不同的分子。

　　他认为这个反应的潜力是巨大的，可在医药领域发挥巨大作用。

　　二、梅尔达尔：筛选可用药物

　　夏尔普莱斯的直觉是多么地敏锐，在他发表这篇论文的这一年，另外一位化学家在这方面有了关键性的发现。

　　他就是莫滕·梅尔达尔。

　　梅尔达尔在叠氮化物和炔烃反应的研究发现之前，其实与“点击化学”并没有直接的联系。他反而是一个在“传统”药物研发上，走得很深的一位科学家。

　　为了寻找潜在药物及相关方法，他构建了巨大的分子库，囊括了数十万种不同的化合物。

　　他日积月累地不断筛选，意图筛选出可用的药物。

　　在一次利用铜离子催化炔与酰基卤化物反应时，发生了意外，炔与酰基卤化物分子的错误端（叠氮）发生了反应，成了一个环状结构——三唑。

　　三唑是各类药品、染料，以及农业化学品关键成分的化学构件。过去的研发，生产三唑的过程中，总是会产生大量的副产品。而这个意外过程，在铜离子的控制下，竟然没有副产品产生。

　　2002年，梅尔达尔发表了相关论文。

　　夏尔普莱斯和梅尔达尔也正式在“点击化学”领域交汇，并促使铜催化的叠氮-炔基Husigen环加成反应（Copper-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition），成为了医药生物领域应用最为广泛的点击化学反应。

　　三、贝尔托齐西：把点击化学运用在人体内

　　不过，把点击化学进一步升华的却是美国科学家——卡罗琳·贝尔托西。

　　虽然诺奖三人平分，但不难发现，卡罗琳·贝尔托西排在首位，在“点击化学”构图中，她也在C位。

　　诺贝尔化学奖颁奖时，也提到，她把点击化学带到了一个新的维度。

　　她解决了一个十分关键的问题，把“点击化学”运用到人体之内，这个运用也完全超出创始人夏尔普莱斯意料之外的。

　　这便是所谓的生物正交反应，即活细胞化学修饰，在生物体内不干扰自身生化反应而进行的化学反应。

　　卡罗琳·贝尔托西打开生物正交反应这扇大门，其实最开始也和“点击化学”无关。

　　20世纪90年代，随着分子生物学的爆发式发展，基因和蛋白质地图的绘制正在全球范围内如火如荼地进行。

　　然而位于蛋白质和细胞表面，发挥着重要作用的聚糖，在当时却没有工具用来分析。

　　当时，卡罗琳·贝尔托西意图绘制一种能将免疫细胞吸引到淋巴结的聚糖图谱，但仅仅为了掌握多聚糖的功能就用了整整四年的时间。

　　后来，受到一位德国科学家的启发，她打算在聚糖上面添加可识别的化学手柄来识别它们的结构。

　　由于要在人体中反应且不影响人体，所以这种手柄必须对所有的东西都不敏感，不与细胞内的任何其他物质发生反应。

　　经过翻阅大量文献，卡罗琳·贝尔托西最终找到了最佳的化学手柄。

　　巧合是，这个最佳化学手柄，正是一种叠氮化物，点击化学的灵魂。通过叠氮化物把荧光物质与细胞聚糖结合起来，便可以很好地分析聚糖的结构。

　　虽然贝尔托西的研究成果已经是划时代的，但她依旧不满意，因为叠氮化物的反应速度很不够理想。

　　就在这时，她注意到了巴里·夏普莱斯和莫滕·梅尔达尔的点击化学反应。

　　她发现铜离子可以加快荧光物质的结合速度，但铜离子对生物体却有很大毒性，她必须想到一个没有铜离子参与，还能加快反应速度的方式。

　　大量翻阅文献后，贝尔托西惊讶地发现，早在1961年，就有研究发现当炔被强迫形成一个环状化学结构后，与叠氮化物便会以爆炸式地进行反应。

　　2004年，她正式确立无铜点击化学反应（又被称为应变促进叠氮-炔化物环加成），由此成为点击化学的重大里程碑事件。

　　贝尔托西不仅绘制了相应的细胞聚糖图谱，更是运用到了肿瘤领域。

　　在肿瘤的表面会形成聚糖，从而可以保护肿瘤不受免疫系统的伤害。贝尔托西团队利用生物正交反应，发明了一种专门针对肿瘤聚糖的药物。这种药物进入人体后，会靶向破坏肿瘤聚糖，从而激活人体免疫保护。

　　目前该药物正在晚期癌症病人身上进行临床试验。

　　不难发现，虽然「点击化学」和「生物正交化学」的翻译，看起来很晦涩难懂，但其实背后是很朴素的原理。一个是如同卡扣般的拼接，一个是可以直接在人体内的运用。

「　　点击化学」和「生物正交化学」都还是一个很年轻的领域，或许对人类未来还有更加深远的影响。（宋云江）

　　参考

　　https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/press-release/

　　Pfenninger, A. Asymmetric Epoxidation of Allylic Alcohols: The Sharpless Epoxidation[J]. Synthesis, 1986, 1986(02):89-116.

　　Rao A S . Addition Reactions with Formation of Carbon–Oxygen Bonds: (i) General Methods of Epoxidation - ScienceDirect[J]. Comprehensive Organic Synthesis, 1991, 7:357-387.

　　Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angew Chem Int Ed Engl. 2001 Jun 1;40(11):2004-2021.

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/popular-chemistryprize2022.pdf

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/advanced-chemistryprize2022.pdf

　　Demko ZP, Sharpless KB. A click chemistry approach to tetrazoles by Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition: synthesis of 5-acyltetrazoles from azides and acyl cyanides. Angew Chem Int Ed Engl. 2002 Jun 17;41(12):2113-6. PMID: 19746613.

习近平辽宁行，从三个考察重点看东北振兴“剖面图”******

　　(近观中国)习近平辽宁行，从三个考察重点看东北振兴“剖面图”

　　中新社北京8月19日电 (记者 黄钰钦)“党中央高度重视东北振兴。”“我们对新时代东北全面振兴充满信心、也充满期待。”8月16日至17日，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平先后到辽宁锦州、沈阳等地考察调研，“东北振兴”一词成为此行外界关注的议题。

　　东北振兴是中国区域发展“四大板块”之一，东北“重塑环境、重振雄风”，关乎国家发展大局。“东北来得比较多，我十分关心这里的振兴发展。”中共十八大以来，习近平多次踏上黑土地考察调研。2015年和2018年，习近平在长春和沈阳主持召开两场以东北振兴为主题的座谈会，分别提出“四个着力”和“六方面要求”，为东北发展进行全方位部署。

　　新时代东北振兴，是全面振兴、全方位振兴。有分析指出，此次在辽宁之行中，习近平通过深入一座公园、一家企业、一个社区考察，以解剖“小麻雀”的方式，实地调研东北振兴这一“大图景”的剖面，为推进东北振兴进一步指明了方向。

　　一座森林公园：治山、治水、治城

　　16日，习近平来到位于小凌河和女儿河交汇处的锦州东湖森林公园，考察当地加强生态环境修复情况。他强调，要坚持治山、治水、治城一体推进，科学合理规划城市的生产空间、生活空间、生态空间。

　　到访一座森林公园的背后，是习近平对东北生态环境始终如一的关注。历次赴东北考察，习近平多次强调生态保护和绿色发展。

　　2016年5月，习近平曾赴黑龙江上甘岭林业局溪水国家森林公园等地考察，重点关注林区经济转型发展情况。他强调，保护生态环境的意义是战略性的。

　　2018年9月，习近平在吉林查干湖考察时指出，要把保护生态环境摆在优先位置，坚持绿色发展。查干湖保护生态和发展旅游相得益彰，要坚持走下去。

　　对于东北地区经济社会发展而言，良好生态环境既是宝贵资源，也是振兴东北的一个优势。尤其在2018年深入推进东北振兴的座谈会上，习近平提出巩固提升绿色发展优势，强调要贯彻绿水青山就是金山银山、冰天雪地也是金山银山的理念。

　　如今，东北地区天更蓝、山更绿、水更清，正从愿景变为现实。

　　在锦州东湖森林公园，习近平强调生态环境对于东北振兴的重要意义，“治山、治水、治城”也有了更深一层含义：生态文明建设能够明显提升老百姓获得感，老百姓体会也最深刻。

　　一家企业：中国速度、中国水平

　　东北地区作为新中国工业的摇篮，曾经光荣与梦想交织。然而，从改革开放大潮中走来，这片黑土地也沉淀着阵痛与思考。

　　在外界看来，自主创新能力不足，是制约东北振兴的关键因素之一。

　　中共十八大以来，在长春和沈阳召开的两场以东北振兴为主题的座谈会上，无论是“四个着力”还是“六方面要求”，“创新”都是习近平提及的重要关键词。正如其所言，抓创新就是抓发展，谋创新就是谋未来。不创新就要落后，创新慢了也要落后。

　　在此次辽宁考察中，习近平专程来到一家以机器人技术为核心的高科技企业——沈阳新松机器人自动化股份有限公司。

　　据了解，在2018年韩国平昌冬奥会闭幕式上，“北京八分钟”演出所使用的人工智能机器人，正是来自新松公司。习近平在考察时为其点赞，“体现了中国速度、中国水平”。

　　如今，以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起，成为现时代科技创新的重要标志，也是东北振兴的重要抓手。在2015年全国两会参加吉林代表团审议时，习近平就以“加减乘除”为喻，为东北破解“工业一柱擎天，结构单一”的“二人转”支招。其中的“乘法”，正是创新驱动。

　　企业是创新的生力军，在辽宁考察中，习近平走进高科技企业，再次强调“必须走自主创新之路”。评论认为，透过一家企业创新发展的实践，外界不难看出东北振兴未来的动力与方向，惟创新者进，惟创新者强，惟创新者胜。

　　一个社区：小康梦、强国梦、中国梦

　　沈阳皇姑区三台子街道牡丹社区，是习近平辽宁考察的重要一站。社区被称为基层治理的“神经末梢”，连接千家万户，是民众安居乐业的晴雨表。

　　在牡丹社区，饭菜价格贵不贵、社区服务好不好、生活上还有什么困难，习近平询问得十分细致。在外界看来，习近平走访“小社区”的背后，是对民生大事的持续关注。

　　抓民生也是抓发展，民生是检验东北全面振兴的重要标尺。分析指出，实现东北振兴，既要有必要的经济增长，也要关注民生改善，让民众共享发展成果。此前在推进东北振兴的座谈会上，习近平曾明确提出，要更加关注补齐民生领域短板，让人民群众共享东北振兴成果。

　　“要始终把人民安居乐业、安危冷暖放在心上”“在资源枯竭型城市发展转型过程中，首先要把民生保障好”……近年来，在考察东北社区、乡村时，民生问题始终是习近平眼中做好经济社会发展工作的“指南针”。

　　在考察牡丹社区时，水、电、气的改造，老年餐厅的饭菜，“一老一幼”的生活需求等事关民生的具体问题，都成为习近平关注的重点。有分析认为，柴米油盐酱醋茶，虽看似小事，却直接关系到民众的幸福感获得感，民生改善将是东北振兴的出发点和落脚点。

　　小小的社区，汇聚着民众的所急所盼、所愿所需，是对美好生活最为朴素的向往。对此，习近平也用动人的语言诠释说——小康梦、强国梦、中国梦，归根到底是老百姓的“幸福梦”。(完)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）