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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.

习近平同土库曼斯坦总统谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行会谈******

　　新华社北京1月6日电（记者刘华）1月6日上午，国家主席习近平在人民大会堂同来华进行国事访问的土库曼斯坦总统谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行会谈。两国元首宣布，将中土关系提升为全面战略伙伴关系。

　　1月6日，国家主席习近平在北京人民大会堂同来华进行国事访问的土库曼斯坦总统谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行会谈。这是会谈前，习近平在人民大会堂北大厅为谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行欢迎仪式。新华社记者申宏摄

　　习近平指出，这是你就任总统后首次访华，今天又是中土建交纪念日，我们全面谋划中土关系下一步发展，共同宣布将两国关系提升为全面战略伙伴，意义重大。中国共产党正在团结带领全国各族人民以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴，土方正在积极推进土库曼斯坦复兴战略。中土两国理念相通，目标相似，利益相连，在发展振兴路上要携手努力，发挥互补优势，深挖合作潜力，实现共同发展。中方愿同土方一道，持续深化中土全方位合作，推动构建中土命运共同体，使两国关系在更高水平上向前发展。

　　1月6日，国家主席习近平在北京人民大会堂同来华进行国事访问的土库曼斯坦总统谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行会谈。这是会谈前，习近平在人民大会堂北大厅为谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行欢迎仪式。新华社记者姚大伟摄

　　习近平强调，中土构建命运共同体是在彼此尊重、坦诚互信、互利共赢的基础上，更好地深化互利合作、照顾彼此关切、巩固世代友好。双方要在彼此核心利益问题上相互支持，尊重各自走符合本国国情的发展道路。两国要加快发展战略对接，充分发挥中土合作委员会等机制作用，不断拓展合作的广度和深度，用实实在在的合作成果为两国关系提供支撑。面对国际和地区新形势新挑战，双方应该深化执法安全、生物安全合作，共同打击“三股势力”，筑牢维护两国发展的安全屏障。双方要加强各领域各层级交流，开展人文合作，深化人民感情，筑牢两国关系持续健康发展的民意和社会基础。

　　习近平强调，双方要优先扩大能源合作。天然气合作是中土关系基石，扩大天然气合作符合中土双方战略和长远利益。双方要加快实施重大项目合作，同时全面挖掘绿色能源、天然气利用、技术装备等领域合作潜力，打造全产业链合作。双方要稳步推进经贸合作，落实好《中土政府关于扩大经济关系的合作规划》，探讨扩大两国经贸合作的新途径、新办法。中方支持更多有实力的中资企业赴土投资兴业。要加快促进互联互通，提升两国人员往来便利化水平。新冠疫情暴发以来，中土积极开展疫苗合作，充分体现了同舟共济、共克时艰的合作理念。双方要继续加强医疗卫生合作以及传统医学领域的交流互鉴，加快在土库曼斯坦设立传统医学中心。持续密切人文交流，加快推进互设文化中心工作，早日建成鲁班工坊。要扩大新闻、媒体等领域合作，办好2023－2024年中土互办文化年活动，支持扩大两国地方合作。

　　习近平强调，“中国+中亚五国”合作机制是中国同中亚国家开展合作的新机制，公开透明、互利共赢、平等互惠、务实管用。中方愿与土方加强沟通协作，办好首届“中国+中亚五国”峰会。中土都主张维护和平、促进发展，是推动全球治理改革的同路人。中方支持土方同上海合作组织开展建设性合作，愿同土方一道，践行真正的多边主义，共同推动构建人类命运共同体。

　　1月6日，国家主席习近平在北京人民大会堂同来华进行国事访问的土库曼斯坦总统谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行会谈。新华社记者申宏摄

　　谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫表示，很高兴在土中建交31周年这一具有历史意义的日子对中国进行首次国事访问。土中友好交往源远流长，古老的丝绸之路将两国紧密联系在一起。建交以来特别是2013年建立战略伙伴关系10年来，两国各领域多层次交流合作取得丰硕成果，人民友谊更加深厚，友好关系日益巩固。土方高度评价两国关系发展成就，对两国高水平互信和合作成果深感自豪，愿意同中方加强互访交往，学习借鉴中国成功发展经验，全方位深化两国互利合作，实现共同发展。土方坚定支持中国维护国家主权和领土完整，坚决反对任何企图分裂中国的行径。土方愿积极推进“复兴丝绸之路”战略同“一带一路”倡议对接，进一步扩大两国经贸合作，加强天然气等能源合作，推进跨境铁路等互联互通建设，更好造福两国人民。土方也期待同中方进一步密切文化、教育等人文交流和医疗卫生等领域合作。土方愿同中方一道，将双边关系提升为全面战略伙伴，并共同推动构建土中命运共同体，给两国人民带来更多福祉。

　　谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫表示，我愿再次祝贺中国共产党第二十次全国代表大会取得圆满成功。在习近平主席英明和坚强领导下，中国经济社会发展取得巨大成就，为推动构建更加公正合理的国际秩序发挥着重要建设性作用。中国共产党是中国人民的主心骨。土方坚信，中国未来一定会取得更大成就，为维护世界和平稳定与繁荣作出更大贡献。土方同中方在很多国际地区问题上拥有相同或相似观点，愿同中方加大相互支持，更加密切协作。土方高度评价并完全支持“中国+中亚五国”合作机制，愿积极支持中方成功举办“中国+中亚五国”峰会，共同维护地区安全和发展。

　　1月6日，国家主席习近平在北京人民大会堂同来华进行国事访问的土库曼斯坦总统谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行会谈。这是会谈后，两国元首签署并发表《中华人民共和国和土库曼斯坦联合声明》。新华社记者岳月伟摄

　　1月6日，国家主席习近平在北京人民大会堂同来华进行国事访问的土库曼斯坦总统谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行会谈。这是会谈后，两国元首签署并发表《中华人民共和国和土库曼斯坦联合声明》。新华社记者岳月伟摄

　　会谈后，两国元首签署并发表《中华人民共和国和土库曼斯坦联合声明》，共同见证签署“一带一路”、绿色发展、数字经济、卫生、文化、体育、新闻媒体、天然气等领域合作文件。

　　会谈前，习近平在人民大会堂北大厅为谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行欢迎仪式。

　　1月6日，国家主席习近平在北京人民大会堂同来华进行国事访问的土库曼斯坦总统谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行会谈。这是会谈前，习近平在人民大会堂北大厅为谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行欢迎仪式。新华社记者申宏摄

　　1月6日，国家主席习近平在北京人民大会堂同来华进行国事访问的土库曼斯坦总统谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行会谈。这是会谈前，习近平在人民大会堂北大厅为谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行欢迎仪式。新华社记者岳月伟摄

　　天安门广场鸣放21响礼炮，礼兵列队致敬。两国元首登上检阅台，军乐团奏中土两国国歌。谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫在习近平陪同下检阅了中国人民解放军仪仗队，并观看分列式。

　　当天中午，习近平在人民大会堂金色大厅为谢尔达尔·别尔德穆哈梅多夫举行欢迎宴会。

　　王毅、何立峰等参加有关活动。

　　土库曼斯坦副总理兼外长梅列多夫等6位内阁副总理陪同访问并参加有关活动。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）