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.

述评：世界看好中国经济“春来早”******

　　新华社北京1月5日电述评：世界看好中国经济“春来早”

　　新华社记者叶书宏

　　2023年新年伊始，道路交通繁忙、商圈人流如织。“世界第二大经济体焕发生机”“推动全球经济增长的最大动力将来自中国”……从日渐升腾的烟火气里，国际媒体捕捉到中国经济向上向好的积极信号。“中国经济前景关系世界繁荣”——人们期待着，中国为复苏乏力的世界经济注入新动能，创造新机遇，带来新希望。

　　防疫政策优化激发新预期。中国高效统筹疫情防控和经济社会发展，因时因势优化疫情防控措施，市场持续回暖极大激发了对中国经济增长及其全球正面外溢效应的乐观预期。美国有线电视新闻网报道说，随着中国优化防疫政策、出台利好经济措施，多家国际金融机构均预计2023年中国经济将稳步回升。新加坡《联合早报》的报道说，疫情暴发之初，中国以高效管控迅速阻断病毒传播链，让民众生活恢复正常，相信在新挑战下，中国政府也能以灵活务实的精神、坚定的决心，“重现生机勃勃的经济与社会生活面貌”。《华尔街日报》援引多名学者观点说，中国优化疫情防控措施将释放消费潜力，促进经济发展，这对全球经济“极为重要”。美国《巴伦周刊》评论指出，中国优化防疫政策为本国经济增添希望的同时，将有力提升世界经济软着陆的可能性。

　　2022年12月31日，游客在长安十二时辰主题街区游玩拍照。岁末年初，西安大唐不夜城、长安十二时辰等景区游人如织。不少市民游客选择在元旦假期出游迎新，与亲朋好友共享节日喜乐。新华社发（邹竞一摄）

　　中国大市场释放新红利。中央经济工作会议提出着力扩大国内需求，把恢复和扩大消费摆在优先位置。这意味着，中国超大规模市场将会在中央政策加持、疫情防控政策优化调整和国内国际双循环良性互动中为世界释放更多红利。去年前三季度中国社会消费品零售总额超过32万亿元人民币，同比增长0.7%，其中三季度增长了3.5%。对于中国消费的持续复苏态势，外媒给予了普遍关注。彭博社认为，即使其他主要经济体的增长正在急剧放缓，“中国也可以提供一个有吸引力的国内需求驱动复苏的故事”。美国消费者新闻与商业频道援引跨国企业高管的评论说，随着中国不断优化防疫政策，中国经济势必迎来强劲反弹，“我们很有耐心，将继续在中国投资。我们看到了强劲的增长前景，未来十年中国将成为更加强劲的消费市场。”

　　2022年12月31日，顾客在天津恒隆广场选购商品。2023年元旦假期第一天，天津线下餐饮、旅游、购物等消费业态回暖迹象显著。新华社记者赵子硕摄

　　高质量发展孕育新动能。研判经济，要看短期波动之形，更要看长期增长之势。中国经济稳中求进，以“稳”应对短期冲击，以“进”积蓄增长之势，而“进”的动能来自新发展理念和高质量发展。去年1至10月份，中国高技术制造业增加值同比增长8.7%，高技术制造业投资同比增长23.6%，其中电子及通信设备制造业投资增长近30%。多家外媒关注到，尽管面临经济下行和疫情压力，中国在电动汽车、人工智能、数字经济、航天技术、深海探索等领域成就斐然，高质量发展转型增强了中国经济创新力和增长可持续性，为世界经济发展注入了新动力。西班牙《理性报》报道，西中两国科技合作不断推进，为双方企业发展注入了新动能。彭博社则提示投资者不要误判中国——中国专注于通过产业政策实现更高质量的增长，向制造更优质、更有价值的产品转变。

　　2023年1月5日，在合肥市瑶海区长三角数字科技示范园，安徽华晶微电子材料科技有限公司的员工在集成电路键合丝生产线上作业。近年来，安徽省合肥市瑶海区实施引育并举，不断加大辖区“专精特新”企业的培育和扶持力度。新华社发（解琛摄）

　　高水平开放创造新机遇。海南自贸港扬帆起航，外商投资准入负面清单持续缩减，进博会、服贸会、广交会、消博会再创佳绩，高质量共建“一带一路”捷报频传……任凭风浪起，中国改革开放的决心意志始终不移。扩大市场准入，落实好外资企业国民待遇，积极推动加入全面与进步跨太平洋伙伴关系协定和数字经济伙伴关系协定等高标准经贸协议，为外商来华从事贸易投资洽谈提供最大程度的便利……一系列旨在“更大力度吸引和利用外资”的政策部署，让“投资中国就是投资未来”的普遍共识更加清晰。多家境外媒体认为，当前全球跨国投资低迷、经济复苏乏力，一个以开放之姿拥抱世界的中国，已成为跨国公司的“避风港湾”和业务增长的重要动力，中国大市场“不可替代”。

　　2022年11月7日，第五届进博会乐斯福展台的烘焙师展示为进博会特制的法式面包。在第五届中国国际进口博览会的食品及农产品展区，汇聚了世界各地的特色物产和美食，令人目不暇接。新华社记者刘颖摄

　　摧伤虽多意愈厉，直与天地争春回。中国经济虽面临不少挑战，但稳中向好、长期向好的基本面依然不变，支撑高质量发展的要素条件日益完备，中国号巨轮乘风破浪前行，展现出强大的韧性与活力。展望新的一年，中国市场潜力将充分激发，中国开放大门越开越大，一个春意盎然的中国必将给世界经济复苏带来重大利好，注入强大信心。