彩神平台|彩神平台

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.

“用团结的力量扫除疫情阴霾”（国际社会看中国优化疫情防控措施）******

　　新冠疫情发生以来，许多在华工作和生活的外国友人选择留在中国，与中国人民共克时艰。他们在接受本报记者采访时表示，中国高效统筹疫情防控和经济社会发展，始终坚持人民至上、生命至上，因时因势优化调整防控措施，大家生活在中国很安心。相信中国一定能够扫除疫情阴霾，取得抗击疫情的最终胜利。

　　“努力用最小的代价实现最大的防控效果”

　　全球化智库特邀高级研究员、意大利裔美国人马里奥·卡瓦洛已在中国工作多年，亲眼见证了中国近3年来的抗疫历程。他认为，中国始终坚持人民至上、生命至上，不断提升疫情防控的科学性、精准性、有效性，护佑人民群众健康安全，“中国是我的第二故乡，生活在这里，我感到非常安全”。

　　哈萨克斯坦眼科医生卡培拉别科夫·萨夫留别克·萨达维奇多年来一直在黑龙江大庆眼科医院工作，接诊近20万名中国眼疾患者。“这3年来，在中国所见所闻和所经历的一切，都给我留下不可磨灭的印象。无数的中国医务人员、基层工作者不畏艰险、勇毅坚守，他们认真负责的工作态度和忘我的工作状态令人感动。”卡培拉别科夫深刻感受到，中国人民团结一心、众志成城抗击疫情。“从武汉保卫战、湖北保卫战，到常态化疫情防控，再到迎战德尔塔、奥密克戎，中国积极主动应对挑战，根据病毒变异的特点趋势和临床治疗的实践经验，努力用最小的代价实现最大的防控效果。”

　　来自委内瑞拉的视频博主萨维德在深圳居住和工作，他的社交媒体账号中有不少关于中国抗疫的内容。近3年来，萨维德见证了中国抗疫的决心和行动。“面对突如其来的疫情，中国投入优秀的医生、先进的设备、急需的资源，全力以赴筑牢一道道疫情防控屏障。”萨维德还受邀走访了火眼实验室，了解科技如何助力疫情防控。他说：“中国科研人员的敬业精神和专业素养令人敬佩。中国的国家治理体系和治理能力现代化水平明显提高，为世界其他国家树立了榜样。”

　　来自孟加拉国的学者莫斯塔克·阿赫迈德·加力布现在是武汉理工大学马克思主义学院跨文化交流与“一带一路”研究中心的执行主任。他依然清晰记得疫情发生之初，大家守望相助的情景。当他所居住的小区物资短缺之时，社区、学校纷纷施以援手，让他度过了那段艰难的时光。“我感受到了中国人民团结的力量，正是这股力量让中国战胜了前所未有的困难和挑战。”

　　“中国的做法是科学、经得住考验的”

　　中山大学孙逸仙纪念医院马来西亚籍研究员蔡佩娥在广东疫情严峻时，和同事们一起奔赴一线担任志愿者。当前，疫情防控进入新阶段，蔡佩娥看到中国各地正进一步扩大医疗资源和医疗服务的供给，积极发挥社区医疗卫生机构、互联网医院作用，方便民众获得健康咨询、就医指导和预约诊疗等服务。她认为，中国坚持科学精准防控，主动优化调整防疫举措，最大限度保护了人民生命安全和身体健康。

　　加力布表示，人口规模巨大是中国的基本国情。疫情发生以来，中国防疫措施的每一次优化调整都充分考虑了环境变化和现实需求，为药物研发、医疗救治能力增强、全民广泛接种疫苗赢得了宝贵的窗口期。“事实证明，中国的做法是科学、经得住考验的。”

　　卡培拉别科夫表示，经过近3年的抗疫，中国医疗卫生和疾控体系经受住了考验，拥有更加有效的诊疗技术和药物，全人群疫苗完全接种率超过90%，民众的健康意识和素养明显提升，为进一步优化完善防控措施创造了条件。中国将新冠病毒感染调整为“乙类乙管”，有助于最大限度减少疫情对经济社会发展的影响。

　　“中国在应对疫情中的巨大公共卫生投入，挽救了成千上万人的生命。中国的经验值得各国学习。”在黑龙江大庆眼科医院工作的俄罗斯眼科医生热烈兹诺夫·伊戈尔·瓦列里耶维奇认为，始终尽全力护佑每一个生命，是中国抗击疫情的宗旨。面对世纪疫情，中国根据实际情况精准施策，让各项防控工作更科学、更精准、更有温度、更富成效。

　　“中国经济社会发展将进一步展现澎湃活力”

　　“今年中国经济前景更加值得期待。”萨维德说，中国在全球供应链中的地位举足轻重。中国持续优化疫情防控措施，各地生产生活秩序有序恢复，民众的消费热情回升，旅游业、航空业等行业出现很多积极变化。“不断优化调整防疫政策的中国，今年将为推动全球经济复苏持续贡献力量。”

　　蔡佩娥表示，中国调整防疫举措，不是“躺平”，而是更好统筹疫情防控和经济社会发展，“相信未来中国经济社会发展将进一步展现澎湃活力”。

　　喀麦隆青年门杜现在北京大学国际关系学院攻读博士研究生。他表示，中国科学研判，采取有针对性的防控措施，最大限度减少疫情对经济社会发展的影响。“在全球高通胀背景下，中国政府保证了重要民生商品供应充足和物价总体平稳。中国经济拥有强大韧性和巨大潜力，长期向好基本面没有变。”

　　加力布对中国经济社会未来发展充满信心。他表示：“中国提出的全球发展倡议将抗疫和疫苗列为八大重点合作领域之一，中国致力于团结各方携手抗疫、共克时艰，汇聚全球抗疫合力，展现出负责任大国担当。”

　　“中国优化疫情防控措施正当其时。”抗疫期间，面对西方国家一些媒体对中国疫情防控工作的不公正舆论，卡瓦洛多次发表文章，呼吁国际社会客观看待。他表示，当前，中国疫情防控进入新阶段，中国各地生产生活秩序正在逐步恢复，热闹的“烟火气”回来了。

　　热烈兹诺夫表示，面对疫情挑战，构建人类命运共同体的重要性和紧迫性更加凸显。团结合作是国际社会战胜疫情最有力武器。从防控疫情到恢复经济社会秩序，都离不开紧密有效的全球合作。“期待各方用团结的力量扫除疫情阴霾，一起迈向美好未来。”（刘 融 屈 佩 时元皓）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）