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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.

东西问·中外对话 | 美国为何热衷拉“小圈子”遏制中国？******

　　中新社北京10月1日电 题：美国为何热衷拉“小圈子”遏制中国？

　　中新社记者 彭大伟 阚枫

　　当前，世界百年变局和世纪疫情交织，“灰犀牛”“黑天鹅”层出叠见，世界充满不确定性。人们对未来既抱有期待，又满是困惑。

　　然而，在世界最需要和衷共济、共克时艰时，一些西方国家却基于一己之私，大搞单边制裁和“长臂管辖”，鼓吹脱钩断链、筑起“小院高墙”。

　　改善了全球数十亿人生活的全球化真要走向终结？影响世界格局的中美关系前景如何？就此，中新社“东西问·中外对话”邀请美国华盛顿智库全球安全研究所(IAGS)联席所长、美国能源安全理事会高级顾问盖尔·鲁夫特(Dr. Gal Luft)，与中国人民大学国际关系学院副院长、教授翟东升，国务院发展研究中心世界发展研究所原副所长、研究员丁一凡展开对话。

　　对话实录摘编如下：

　　美国遏华，为何热衷拉“小圈子”？

　　中新社记者：如何看待美国如今力推的“印太经济框架”(IPEF)？

　　盖尔·鲁夫特：我不认为加入这个倡议的国家会很热情地推动IPEF。你怎么知道两年后，另一位美国总统会不会推翻它？大家都看过美国政府换届之后的变化。此外，加入该倡议的国家也不会做有损其对华关系的事情，因为中国是它们中绝大多数国家的头号贸易伙伴。

　　翟东升：在过去一年半，美国政府创造了许多新词，但这些新计划没有产生任何实质效果。在美国国内，两党间存在严重政治分歧，甚至同一政党不同派别间也存在分歧，所以做不出什么成果。这也可能是IPEF的命运。

　　丁一凡：东盟国家几乎都对IPEF没有兴趣，甚至印度也不太关注。美国想迫使这些国家选边站，但它们希望与地区所有国家保持合作。中美关系良好，这些国家处境会更好，因为与中国脱钩代价巨大。虽然美国希望它们与中国脱钩，但美国又没做好准备，或者说没能力为这些国家提供援助。

　　中新社记者：为什么美国如此热衷于拉“小圈子”遏制中国？

　　丁一凡：美国在全球有上百个军事基地，它要花很多钱来维持这些军事基地，还得调动与(基地所在的)这些国家的联盟关系。冷战之后，维持这种联盟的成本越来越高。所以，美国要找到维持这种联盟关系的外在目标。在欧洲，如果没有俄罗斯，美国就没有理由维持北约框架。在亚太，美国担心被中国赶上，所以，为保持其霸权，它就以各种方式给中国设障。

　　中国就像一面镜子，照出美国的衰落

　　中新社记者：中美关系目前出现困难的核心原因是什么？

　　盖尔·鲁夫特：中美之间的问题并不关乎中国正在做什么或需要采取什么具体行动。更深层的原因是，中国就像一面镜子，映射出美国的衰落，代表着美国没有能力领导世界，更代表着美国的分裂。

　　中国是什么就是什么，中国不会“变成美国”来安抚美国。美国不是在告诉中国，如果你怎么去做，两国的关系就会打开新篇章；而是要求中国，你要回到贫穷，回到无足轻重(的地位)，回到你20年前的位置。这不可能。

视频：【东西问·中外对话】鲁夫特：中国像一面镜子 映射出了美国的衰落来源：中国新闻网

　　丁一凡：在美国政治制度中，当它们遇到困难的时候，往往会想办法找到一个外部敌人，找到一个团结的共识。美国可能会在不久的将来被中国追上，它们将此视为巨大威胁。我认为盖尔说得很对，美国越是失败，就越是把中国视作敌人。

　　翟东升：中美关系何时才能最终恢复稳定，达到新平衡？我认为也许当中国的经济规模明显大于美国，中国的军事能力在某些重要方面如果也能超过美国(的时候)，而那时中国仍将致力于完成和平崛起和对人类共同未来的承诺，那么美国的政治领导人就会冷静下来，越来越多政治家就会把中国视作一个潜在的合作伙伴，而不是威胁。

　　“全球化”正在变成“区域化”？

　　中新社记者：为什么近年来全球化会遇到这么多重大挫折？这种趋势的主要特点是什么？

　　丁一凡：全球化是由发达国家，特别是美国，还有部分欧洲国家的社会再分配所推动的。但是，欧美发达经济体认为新兴市场国家才是全球化的最大受益者，它们认为全球化破坏了它们自己的利益，所以才想扭转全球化趋势。

　　例如美国公开宣扬国家干预的回归，反对新自由主义。所以欧洲议会的那些立法者和美国国会议员，或鼓吹或强迫跨国公司回来，这在世界范围内带来了长期滞胀的风险，特别是在发展中国家。

　　盖尔·鲁夫特：全球化是西方的项目，去全球化也是。西方仍是任何秩序或无序的设计者，它们在自作自受。我们已经看到，全球化在面对很多全球挑战时并没有激发各国的协同作用，每个国家和地区都在为自己服务。这是一个警示，因为我们都是“地球村”的一部分，但当真正面临考验时，全球化却惨遭失败。

　　我们会看到去全球化的趋势越来越强烈，也将看到从全球化到区域化的转变，世界将沿着更多地理维度被划分为小联盟，它们将能够进行区域层面的全球化，但对区域外的依赖程度较低。

　　中新社记者：目前多边、自由的世界贸易秩序将在某种程度上被去全球化终结吗？同时，美元霸权会结束吗？

　　盖尔·鲁夫特：我写过一本书《去美元化：货币改元，金融更序》，它说的就是反抗美元。我们今天所看到的就是一场反抗，一个国家接着一个国家起来反抗，这是对一种货币、一个国家霸权的反抗。与此同时，美国也在利用其经济实力来胁迫、制裁和恫吓。

　　通过乌克兰的情况，各国已经看到西方在货币武器化方面有多么凶狠。在不到一年的时间里，已经有两个美国冻结其它国家中央银行资产的案例，先是在阿富汗，后是在俄罗斯。在货币的历史上，这闻所未闻，让每个国家都感到不安。美国将会为此付出更多代价。

　　翟东升：世界贸易会继续下去，但在未来几十年，可能会在当前的水平上停滞相当长的时间。因为现在越来越多的国家更关注供应链的安全性和稳定性，而不是盈利性。而美国正在滥用其自身货币特权，导致这种特权有可能结束或消亡。必须有其他人站出来，为整个世界贸易结算和计价制定一个新的模式或解决方案。

　　丁一凡：全球贸易不会急剧萎缩。你看中国的国际贸易额：欧盟仍是中国最大的出口市场，美国也是，还有个正在增长的第三市场——东盟和“一带一路”国家。对东盟国家的出口已成为中国出口的第三大支柱，贸易更多样化了。

　　去美元化将是一个长期现象。短期内，国际形势仍然混乱，美元仍占主导地位，但这是短期的。美国的债务相对于其GDP(国内生产总值)来说，增长非常快，美国经济维持这种印钞体系非常危险。(完)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）