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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.

如果国宝会说话：你有一条来自东坡先生的留言******

　　叮～

　　你有一条来自东坡先生的留言

　　查收了吗？

　　CCTV纪录、央视频、四川博物院、看度直播、四川观察、四川人民艺术剧院联袂推出的直播活动《你有一条来自东坡先生的留言》圆满结束！许多网友表示：“喜欢讲解风格，轻松有趣！”“千年对望的感觉真的很微妙。”

　　此次直播活动在CCTV纪录新媒体、央视频、看度直播、川观新闻、四川博物院官方微博等多个平台直播，截至目前，全网播放量已超230万，没赶上直播的小伙伴也可以通过央视频客户端纪录TAB页进行回看。

　　这是《如果国宝会说话》和四川博物院的一次梦幻联动！

　　蜀都雅集，跨越千年

　　博览百件文物

　　感悟东坡的一生

　　在本次直播活动中，我们一起云游了四川博物院的年度大展——“高山仰止回望东坡——苏轼主题文物特展”。

　　此刻，让我们跟随12件文物，走近苏东坡，沉浸式感受他的一生！

　　苏轼家学丰厚，“一门父子三词客，千古文章四大家”，他的父亲和弟弟都位列“唐宋八大家”。

　　幼年的苏轼在文化底蕴丰厚的眉山学习，你知道苏轼的第一位老师是谁吗？是他的母亲程夫人，一位充满智慧的独立女性。

　　苏轼还有一位老师欧阳修，他们是“千里马与伯乐”的忘年之交。

　　△清代 邹一桂《东坡故事册页》 三苏祠博物馆藏

　　第三则东坡故事册页，上面题字有“士有自京师来者，以鲁人石守道梦庆历圣德诗示先生，先生问曰：圣人何人也？士曰：童子何以知之。先生曰：此天人也，何为不知。”讲述了苏轼八岁时在学校读书，偶然初知范仲淹、欧阳修等俊杰，并因此与先生、士子之间产生的一段精彩对话。

　　△苏轼书欧阳修《丰乐亭记》拓本 旅顺博物馆藏

　　这一件为苏轼书欧阳修《丰乐亭记》拓本，文章出自欧阳修之手，苏轼将其书刻于碑，这是苏轼晚年楷书的力作之一，一文一书，文茂书妙，堪称珠联璧合。苏东坡的楷书，自然而顺势，雍容大气，和其诗词文章一样，平静中又有雄强豪放之气。

　　苏轼说：“犯其至难而图其至远。”指向最难之处攻坚，追求最远大的目标。这反映了他从政的初心、理想和担当。他也曾意气风发，志在四方。

　　△北宋 苏轼《归院帖》复制件 原件藏于故宫博物院

　　《归院帖》是苏轼做翰林学士时所写的一页公文信笺。此帖的内容是关于翰林院当夜值宿学士院地点所作的请示与批复确认。学士院需要草拟高阶官员或皇族成员相关的诏书，所以夜间在内廷值班，便于诏对。此帖非刻意的书法创作，因此，书法率意随性。

　　苏轼的仕途十分坎坷。“乌台诗案”之后，他被贬至黄州，却在那里度过了一生中最快乐的时光。

　　来感受张大千笔下的苏轼，那“一蓑烟雨任平生”的画面感突然就扑面而来。

　　△近代 张大千东坡笠屐图轴 四川博物院藏

　　张大千对苏轼可谓是情有独钟，他画过多幅以苏轼为中心的人物画。这幅东坡笠屐图轴，采用白描画法，是张大千1947年的作品，图上一位高士头戴斗笠，脚蹬木屐，肩披长袍，右手拄杖，呈怡然前行姿态，此人正是苏东坡。

　　然而，命运的齿轮又将苏轼转到了“元祐党争”的漩涡中。

　　△清代 元祐党籍碑拓片 效果图 辽宁省博物馆藏

　　宋哲宗亲政后恢复了新法，重用新党，打压旧党，这件元祐党人籍碑就是实物佐证。碑中有309人，都是元祐年间的旧党，以苏东坡为首。碑上有奉圣旨，这309人及其子孙永远不得为官，皇家子女也不能与名单上的众臣之后联姻。

　　苏轼出生在一个繁荣昌盛、群星闪耀的时代。他的朋友遍布四海，有达官显贵、文化巨匠，也有山野农夫，“吾上可陪玉皇大帝，下可以陪卑田院乞儿。”和朋友在一起的日子，总是让他十分开怀。

　　△北宋 苏轼《啜茶帖》复制件 原件藏于台北故宫博物院

　　《啜茶帖》也称《致道源帖》，这是苏轼写给好友杜道源的一则便条，就像现在发微信一样，“道源兄，闲着也是闲着，没事方便来我这儿一趟吗？一起喝杯茶、聊会天？有点小事需要当面聊聊。”

　　三角近代 张大千《西园雅集图》 局部 四川博物院藏

　　“西园雅集”从何而来？西园为北宋驸马都尉王诜的府第，文人墨客多雅集于此。会后，李公麟作《西园雅集图》，米芾书写了《西园雅集图记》。苏轼曾作词：“不恨此花飞尽，恨西园、落红难缀。”难忘的是聚会时的惬意时光。

　　苏轼是北宋中期的文坛领袖，在诗、词、散文、书、画等方面都取得了很高的成就。他在《沁园春·孤馆灯青》中写“用舍由时，行藏在我，袖手何妨闲处看”，这种博大的情怀、宽广的胸襟也贯穿了他的一生。

　　早在南宋时期，就有人编纂苏轼的文集。

　　△《经进东坡文集事略》 成都杜甫草堂博物馆藏

　　《经进东坡文集事略》是由南宋郎晔选注的苏轼文集，“经进”就是曾经进呈皇帝御览之意。另外，“经进”一般都由当事人自己进呈，只有在特殊情况下，才可能由他人代呈。郎晔编纂苏轼集以进呈宋孝宗，书前有乾道九年（1173年）孝宗书的《御制文集序》，所以此书才命名为《经进东坡文集事略》。

　　北宋 苏轼《潇湘竹石图》 中国美术馆藏

　　苏轼传世至今的画作仅有两三件，《潇湘竹石图》就是其中的一件，这幅画作为绢本。潇湘指的是湖南零陵以西的潇湘二水合流的地方，又表示朦胧的意境，苏东坡主张画家要画的是精神，而不是外在。这幅作品的最后一位收藏家是中国历史学家邓拓先生，他将这幅珍贵的画作无偿捐赠给了中国美术馆。

　　△北宋 苏轼《洞庭春色赋 中山松醪赋》局部吉林省博物院藏

　　《洞庭春色赋中山松醪赋》是苏轼传世书法中字数最多的一件，全长超过三米，共684字，是两件作品合并而成。《洞庭春色赋》和《中山松醪赋》都是苏轼晚年所作，还有他自己的题跋。1094年，苏东坡在被贬往岭南途中遇上大雨留在襄邑。卷尾有元、明、清历代名人的题跋，收藏印章多达66个。

　　△北宋 苏轼《阳羡帖》手卷 旅顺博物馆藏

　　《阳羡帖》手卷，此帖为苏轼有关阳羡买田的一封书信，现在只剩下信件的后半部，共60余字，帖中钤有元、明、清三代收藏者印章及清内府藏玺。

　　△北宋 苏轼《黄州寒食诗帖》 原件藏于台北故宫博物院

　　《黄州寒食诗帖》作于1080年，苏轼被贬到黄州任团练副使公元，在被贬到黄州第三年的寒食节，他即兴创作了这首五言诗。苏轼想到在这三年中没有给父母上过坟，自己也被君王遗忘，现在的家里破烂不堪，空空荡荡，忽然有种穷途末路之感，然后将这种苍凉的情绪宣泄在笔尖。

　　苏轼早已在九百多年前离开，但“东坡精神”早已深深植根于人们的心中。

　　有人说：

　　我迷茫时，他告诉我：

　　不识庐山真面目，只缘身在此山中。

　　我创业时，他鼓励我：

　　天下有大勇者，猝然临之而不惊，无故加之而不怒。

　　我失败时，他宽慰我：

　　人生如逆旅，我亦是行人。

　　我读书时，他告诉我：

　　博观而约取，厚积而薄发。

　　当我失去亲人时，他劝慰我：

　　人有悲欢离合，月有阴晴圆缺，此事古难全。

　　我放不下时，他开导我：

　　江山风月，本无常主，闲者便是主。

　　当我决定再出发时，他鼓励我：

　　竹杖芒鞋轻胜马，谁怕？一蓑烟雨任平生。

　　他是我们前行路上

　　永远的心灵导师

　　如果你还没有看过《如果国宝会说话》跨年特别呈现之《黄州寒食帖》，记得在央视频上搜索观看，与东坡对话。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）