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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.
驻村“第一书记”王庭秦：从农林高材生到“红林”育才人******
中新网兴安盟11月19日电 题：驻村“第一书记”王庭秦：从农林高材生到“红林”育才人
中新网记者 张玮
“到基层工作是我一直以来的夙愿。”山东汉子王庭秦如今实现了自己的愿望，接受记者采访时，声音都提高八度。
1987年出生于山东烟台的王庭秦毕业于农林经济管理专业，在挂职内蒙古兴安盟科右前旗居力很镇红旗村“第一书记”之前，他是北京林业大学人事处师资科科长、人才办秘书。
历经一年半时间，这位农林高材生成功“转型”成为“红林”育才人。
王庭秦告诉记者，2019年他曾想参与到脱贫攻坚工作中，但没能如愿。2021年年初，他再次向校方提出申请，希望参与乡村振兴工作。
虽然当时他的两个孩子一个5岁，另一个还不满2岁，但爱人深知下基层是王庭秦一定要做的事，便全力支持。
2021年4月，受北京林业大学委派，王庭秦到红旗村担任驻村“第一书记”。
红旗村地处我国14个“集中连片特困地区”之一的大兴安岭南麓山区，曾是国家建档立卡贫困村，辖2个自然屯、4个村民小组，总户数684户，户籍人口2207人。2020年6月，红旗村全村脱贫。
“这个村子地少人多，是居力很镇最大的行政村。”这是红旗村留给王庭秦的初印象。
虽然红旗村地处工业开发区，大量土地被征用，人均耕地面积仅剩1.1亩，但王庭秦的专业也有用武之地。
图为王庭秦帮村民打理大棚里的农作物。 科右前旗宣传部供图“我上学的时候每年都要到农村入户调研，所以和当地老百姓打交道并不困难。”一句“大哥大嫂、叔叔大婶儿”，王庭秦刚到红旗村，便顺利打开56户脱贫监测户的心门，“当时调研发现，一半是稳脱户，一半需要定期上门，持续观察。”
张立柱属监测对象，他家种的葡萄染上灰叶病，束手无策。王庭秦便联系北京林业大学的专家给葡萄治病，并指导其种植方法，解决了张立柱的燃眉之急。
除了帮村民们攻克产业难关，更让王庭秦记挂在心的是村里的“小苗苗”们。
“我们不仅要传播治山治水的技术、知山知水的知识、乐山乐水的文化，更要传承树木树人的精神。”王庭秦和北京林业大学派驻科右前旗的挂职团队、支教团队，利用自身专业知识，于2022年4月正式启动“生态文明启蒙计划”，覆盖科右前旗所有乡镇，为当地的孩子们“撒种、扎根”。
图为“生态文明启蒙计划”中，当地少年儿童展示他们的画作。 科右前旗宣传部供图“我们依托红旗村新时代文明实践站和红旗村草原书屋，开展图书漂流活动。”王庭秦向记者介绍，在北京林业大学、中国林业教育学会、韬奋基金会，以及首都大学生等社会爱心人士的捐赠下，“红林流动图书馆”落成。
王庭秦解释道，选用“红林”这个名字，是为了纪念北京林业大学与科右前旗10年携手的情谊，更寓意着“览书林，阅篇籍”之意。
“生态文明启蒙计划”启动后，北京林业大学、北京市海淀区等各单位支教老师、挂职干部，以及社会志愿者50余人，自驾车装载图书、画笔、投影、电脑等物资，走入田间地头、草原深处，为农牧区嘎查(村)的少年儿童讲解红色革命故事、绿色生态知识，并带领孩子们进行生态环保实践等活动。
王庭秦说，“小”心思最抚人心。“在居力很镇红心村，有个孩子主动要为志愿者老师们表演节目，以表达他的感谢；阿力得尔苏木拉斯嘎嘎查喜欢画画的小朋友，将特别的画作送给老师……”
北京林业大学支教教师翟星辰是哈尔滨工业大学和耶鲁大学联合培养的博士生，同样出生在小县城里翟老师将自己的成长经历分享给孩子们，“他们也树立起要努力考上好大学的理想，坚定了自己能行的决心。”
“生态文明启蒙计划”启动至今，已筛选1000余册适合少年儿童阅读的书籍，赴6个乡镇9个嘎查(村)开展了14场活动，400余个家庭的500多名少年儿童受益。
2023年4月，王庭秦驻村“第一书记”的任职便要到期，但“生态文明启蒙计划”还将继续。他希望未来与有关单位合作，形成可推广的志愿活动机制。
“建立一支持续壮大的志愿队伍，开发一系列优质的科普课程，惠及范围更大的少年儿童，创立一个不断发展的志愿服务品牌。”王庭秦如是许愿。(完)
（文图：赵筱尘 巫邓炎） [责编：天天中] 阅读剩余全文（）  视觉焦点
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