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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.

变革——从党的二十大看中国共产党的成功密码之四******

　　“新时代十年的伟大变革”“一系列变革性实践”“历史性变革”“广泛而深刻的经济社会系统性变革”……

　　“变革”，党的二十大报告中一个令人瞩目的关键词。

　　是伟大成就，亦是成功密码。正是在不断的变革中，中国共产党带领人民应对复杂多变的形势和挑战，永不僵化、永不停滞，以识变之智、应变之方、求变之勇推进马克思主义中国化时代化，不断从胜利走向新的胜利。

　　变革之道：“只有顺应历史潮流，积极应变，主动求变，才能与时代同行”

　　11月15日，印度尼西亚巴厘岛，二十国集团领导人第十七次峰会在此召开。

　　“中国将坚定不移走和平发展道路，坚定不移深化改革、扩大开放，坚定不移以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴。”

　　习近平主席发表重要讲话，向国际社会阐明中国以改革发展共迎时代挑战、共建美好未来的决心和行动。

　　纵观世界，变革是大势所趋、人心所向，是浩浩荡荡的历史潮流。

　　“我们从事的是前无古人的伟大事业，守正才能不迷失方向、不犯颠覆性错误，创新才能把握时代、引领时代。”党的二十大上，习近平总书记这样强调。

　　“流水不腐，户枢不蠹”“苟日新，日日新，又日新”“新故相推，日生不滞”……关于变革的中国智慧，深植于中华文化沃土。

　　回望百年，冲破把马克思主义当成一成不变教条的思想桎梏，走出农村包围城市的革命新路；跟上时代步伐，实行改革开放的伟大创举；坚持“两个结合”，开创中国特色社会主义新时代……勇于变革，是中国共产党一以贯之的鲜明品格。

　　洞悉历史大势，立于时代潮头。

　　新时代中国共产党人以更为强烈的历史自觉和主动精神引领变革、推进变革——

　　以民心诠释“最大的政治”，坚持以人民为中心的发展思想；破除体制机制障碍，以全面深化改革完善和发展制度和治理体系；秉持全人类共同价值，推动构建人类命运共同体，引领时代进步潮流……

　　越是伟大的事业，越充满艰难险阻，越需要艰苦奋斗，越需要变革创新。

　　“紧跟时代步伐，顺应实践发展，以满腔热忱对待一切新生事物，不断拓展认识的广度和深度，敢于说前人没有说过的新话，敢于干前人没有干过的事情，以新的理论指导新的实践。”习近平总书记在党的二十大报告中指明方向。

　　变革之要：“随时随地都要以当时的历史条件为转移”

　　明者因时而变，知者随事而制。

　　“随时随地都要以当时的历史条件为转移。”《共产党宣言》中的经典论述，依然绽放真理之光。

　　变革之要，在于坚持问题导向。

　　党的二十大闭幕三天后，《促进个体工商户发展条例》发布，做出一系列制度安排，有利于解决个体工商户“急难愁盼”的突出问题，从整体上提升发展质量。

　　党的二十大报告强调，“我们要增强问题意识”“不断提出真正解决问题的新理念新思路新办法”。

　　跟着问题走，奔着问题去。

　　针对科技创新能力不强，加快实施创新驱动发展战略；从新冠肺炎疫情防控中总结新经验，部署加强重大疫情防控救治体系和应急能力建设；防止“碳冲锋”“运动式”减碳等倾向，要求积极稳妥推进碳达峰碳中和……按照党的二十大部署，一系列新举措已经在路上。

　　变革之要，在于改革发展稳定相统一。

　　新时代十年，党带领人民以更大勇气和力度推进的改革，始终是在中国特色社会主义道路上不断前进的改革。

　　改什么、怎么改，必须以是否符合完善和发展中国特色社会主义制度、推进国家治理体系和治理能力现代化的总目标为根本旨归。

　　既不封闭僵化，也不改旗易帜。该改的、能改的坚决改，不该改的、不能改的坚决不改。

　　习近平总书记强调，要把坚定制度自信和不断改革创新统一起来，在坚持根本政治制度、基本政治制度的基础上，不断推进制度体系完善和发展。

　　国际社会也在研究中国共产党的变革之道。

　　印度孟买观察家研究基金会前主席库尔卡尼说，保持政治稳定和勇于变革相结合，是中国共产党的成功原因。

　　“正如我所观察到的，中国共产党完美地将变革与延续性融入其治理国家的制度与结构中。”巴基斯坦欧亚世纪研究所创始所长伊尔凡·沙赫扎德·塔卡尔维说。

　　变革之要，在于激发人民创造伟力。

　　人民是历史发展的动力源泉，是社会变革的决定力量。

　　习近平总书记指出：“要尊重群众首创精神，把加强顶层设计和坚持问计于民统一起来，从生动鲜活的基层实践中汲取智慧。”

　　今年4、5月，党的二十大相关工作网络征求意见活动开展，收集到网友留言超854.2万条，梳理汇总成意见建议1675条，为未来五年乃至更长时间的改革发展贡献智慧。

　　12月6日召开的中共中央政治局会议明确提出，“激发全社会干事创业活力，让干部敢为、地方敢闯、企业敢干、群众敢首创”。

　　当前，经济体制深刻变革，社会结构深刻变动，利益格局深刻调整，思想观念深刻变化，兼顾各方面利益越发不易。

　　上下同欲者胜。将党的意愿与人民意愿相统一，将党的行动和广大人民心声结合，必将不断汇聚变革创新的强大合力。

　　变革之智：“努力在危机中育新机、于变局中开新局”

　　数据显示，今年前11个月，全国规模以上工业增加值同比增长3.8%，固定资产投资同比增长5.3%，货物进出口总额同比增长8.6%。国民经济总体上保持恢复态势。

　　今年以来，全国新开工水利项目2.5万个，新能源汽车累计销售增长一倍，“6·18”“双11”激发消费热情……不断扩大内需，夯实中国经济的韧性和底气。

　　时代考卷，常答常新——

　　全球政治经济环境深刻变化，百年变局与世纪疫情叠加下，我国发展面临前所未有的外部挑战。

　　国内发展不平衡不充分问题仍然突出，重点领域关键环节改革任务仍然艰巨，一些领域发展还存在短板弱项。

　　“努力在危机中育新机、于变局中开新局”，习近平总书记带领全党全国人民创新作答。

　　危和机从来都是硬币的两面。用好危和机的辩证法，根据形势环境变化不断调整，及时科学应对，才能化危为机。

　　2020年3月，习近平总书记在浙江考察时了解到，大进大出的环境条件已经变化。回京后不久，他提出构建新发展格局。两年多来，构建新发展格局持续迈出新步伐。

　　“加快构建新发展格局，着力推动高质量发展”，党的二十大报告对此专章阐述，作出新的部署安排。

　　发展是变革的艺术。推动质量变革、效率变革、动力变革，从根本上看要靠创新。

　　科技创新已成为大国博弈的主战场。14亿多人口的发展中大国，要加快实现高水平科技自立自强，创新的压力更大、动力更足。

　　新发展理念中，“创新”摆在第一位。党的二十大报告专门对“实施科教兴国战略，强化现代化建设人才支撑”作出部署，强调“创新是第一动力”。

　　出台推动虚拟现实（VR）产业快速发展措施、加快推动中小企业数字化转型、开展科技人才评价改革试点……党的二十大闭幕后，一系列着眼创新的举措加速出台，为高质量发展提供不竭动力。

　　挑战前所未有，应对好了，机遇也就前所未有。

　　顺应时代潮流，回应人民要求，勇于推进变革。以习近平同志为核心的党中央带领人民准确识变、科学应变、主动求变，定能在攻坚克难中赢得优势、赢得主动、赢得未来，创造出更多令人刮目相看的人间奇迹。

　　（新华社北京12月23日电 记者邹伟、姜琳、高敬）

　　《光明日报》（ 2022年12月24日 02版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）