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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.

李泽泉：坚持人民至上，推进实践基础上的理论创新******

　　本期光明网理论学术动态导读关注社会慈善资源、理论创新、国际循环、全面推进乡村振兴、立德树人等话题，欢迎网友踊跃参与讨论。

　　【胡彬彬：做到“三个注重”，有效推进社会慈善资源融入基层社会治理】

　　贵州民族大学社会学院副教授胡彬彬指出，社会慈善资源是慈善事业持续发展的基石，也是基层社会治理有效推进的活力源泉，必须做到“三个注重”，有效推进社会慈善资源融入基层社会治理。一方面，要注重创新融入理念。树立主动融入理念，充分激发全民的爱心、调动全社会的热情；树立全域融入理念，探索建立“慈善+党建”“慈善+金融”“慈善+教育”“慈善+救助”等实践模式；树立协同融入理念，加强指导和管理，使各类基层组织按需设置、按职履责、有人办事、有章理事。另一方面，要注重健全融入机制。健全党建引领机制，积极创新激活社会慈善资源的组织化形式，探索激活社会慈善资源的方式方法，充分发挥党组织的战斗堡垒作用和党员先锋模范作用；健全慈善激励机制，充分发挥基层政府的主责作用，积极创新慈善行为的激励方式，推进慈善公益组织与媒体平台的合作，探索慈善积分奖励、慈善时间银行等多样化激励机制。同时，要注重拓展融入路径。以社区为主体创建融入场域，以增强居民的“社区共同体”意识为目标，积极开展“社区慈善日”等活动，努力打造“慈善标杆社区”；以社会力量为依托拓宽融入渠道，社会组织要利用自身的组织优势，加强资源整合平台建设，最大限度地整合社会慈善资源，并使之服务于基层社会治理。

　　摘编自《光明日报》

　　【李泽泉：坚持人民至上，推进实践基础上的理论创新】

　　杭州师范大学纪委书记、教授李泽泉表示，新时代新征程，继续推进实践基础上的理论创新，必须坚持人民至上。一方面，党的理论来自人民。必须深深植根亿万人民的生动实践，站稳人民立场、把握人民愿望、尊重人民创造、集中人民智慧，及时概括提炼人民群众的新鲜经验，形成为人民所喜爱、所认同、所拥有的理论。另一方面，党的理论为了人民。必须始终坚持全心全意为人民服务，不断实现好、维护好、发展好最广大人民根本利益。同时，党的理论造福人民。必须牢记中国共产党是什么、要干什么这个根本问题，把造福人民作为理论创新的价值旨归，不断把人民对美好生活的向往变为现实。

　　摘编自《人民日报》

　　【黄晓凤：多措并举提升国际循环质量和水平】

　　广东省习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心特约研究员、广东财经大学广东数字经济研究院院长黄晓凤指出，在经济全球化时代，开放融通是不可阻挡的历史趋势。我们要坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指引，在加强国内大循环在双循环中的主导作用的同时，重视提高国际循环质量和水平。一是以国内大循环吸引全球资源要素。围绕国内发展新兴产业的市场需求，拓宽使用外资来源，扩大市场准入；通过吸引全球技术、资金、人才等优质要素和产品，不断塑造高质量发展新动能。二是稳步扩大制度型开放。对标高标准国际经贸规则，积极推动制度创新，在数字贸易等领域创设高标准规则体系，提升我国在国际循环中规则、价格、标准制定的话语权。三是提升产业链供应链韧性和安全水平。推动产业链供应链优化升级，集聚力量进行原创性引领性科技攻关；打通物流、信息流、数据流和交通运输堵点，全面增强与世界各国的互联互通；借助互联网、人工智能和云计算技术，通过精准匹配实现产业链供应链各链条的无缝对接。

　　摘编自《经济日报》

　　【于家明：处理好三对关系，稳步推动乡村振兴“提档升级”】

　　北京市委党校第23期局级研修班学员于家明指出，全面推进乡村振兴，是中国式现代化的重要内容，必须坚持系统观念，强化辩证思维，稳步推动乡村振兴“提档升级”。一是在乡村发展中兼顾效率与效益的关系。切实推动城乡二元结构调整、促进城乡融合发展，蹄疾步稳地推进城镇化；完善乡村产业利益联结机制，鼓励工商资本和社会资本下乡，拓展乡村产业的市场空间；着力于改变分散、粗放的传统农业经营方式，避免片面追求大干快上的倾向，把握好农业生产规模经营的尺度；始终绷紧粮食安全这根弦，主产区、主销区、产销平衡区都要树立保面积、保产量的责任意识。二是在乡村建设中协同有形与无形的关系。在充分掌握乡村的历史渊源、民俗文化、现实状况、农民呼声等信息的基础上，坚持规划先行，做到分类施策；注重风貌保护，尤其要保护好乡村的生态环境，增强乡村的生态涵养功能，打造现代版“富春山居图”；推动机制创新，激活大量沉淀的实体资产，挖掘生态价值。三是在乡村治理中融合硬件与软件的关系。进一步加大农村公共基础设施建设力度，进一步推动教育、卫生等公共服务下乡，要在公共资源配置上体现农业农村优先；突出抓基层、强基础、固基本的工作导向，锻造一支懂农业、爱农村、爱农民的农村基层干部队伍，加强农村基层组织建设；不断完善自治、法治、德治相结合的乡村治理体系，建立健全符合农村基层实际的治理体系和治理方式。

　　摘编自光明网

　　【刘凤义、余一凡：扎实推进落实立德树人根本任务】

　　南开大学马克思主义学院院长、教育部习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心特约研究员刘凤义，南开大学马克思主义学院副院长余一凡表示，思政课教师要切实在实际工作中将立德树人根本任务落实落细，真正做到为党育人、为国育才。一是坚持用习近平新时代中国特色社会主义思想铸魂育人。教育系统必须将学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想作为首要任务，推动习近平新时代中国特色社会主义思想进教材进课堂进头脑，引导广大青年坚持对马克思主义的坚定信仰、对中国特色社会主义的坚定信念。二是讲深讲透讲活思政课的道理。思政课教师必须在讲道理上下功夫，坚持学原文、读原著、悟原理，透过现象看本质，强化学理支撑；主动回应学生们关心关切的深层次理论问题和现实问题，甚至是一些敏感问题，用马克思主义的逻辑力量征服学生；用好信息技术手段，创新教学方式方法，增强思政课教学的时代感。三是运用好大思政课提升育人成效。高校要将习近平新时代中国特色社会主义思想有机融入“大思政课”建设；推行“师生四同”，围绕重大理论问题和现实问题，广大师生同学同研同讲同行，共同将理论知识用于实践，运用生动鲜活的实践强化认同；运用国家教材建设重点研究基地等教学科研平台，推进科研教学相互促进，坚持课程思政与思政课程同向同行。

　　摘编自《中国教育报》

　　（光明网记者 赵宇整理）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）