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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.

“最严重罢工”令英国雪上加霜******

　　“最严重罢工”令英国雪上加霜(环球热点)

　　据路透社报道，英国政府近日向议会提交了一项反罢工法案，要求该国关键公共服务行业在工人罢工期间维持基本功能。

　　火车司机罢工、公交司机罢工、邮局投递员罢工、医护人员罢工、教师罢工、公务员罢工、边境管理局罢工……自2022年下半年开始沸腾的英国各行业“罢工潮”，2023年并未出现缓和态势，反而愈演愈烈。英媒引述英国一名工会领导人的话称，由于没有任何一方愿意让步，席卷英国的罢工浪潮可能将在2023年持续很长时间。

　　罢工浪潮 不断蔓延

　　新年伊始，此起彼伏的“罢工潮”继续困扰英国。

　　英国公共和商务服务联盟近日宣布，由于生活成本危机与薪酬争议，其约10万名成员将在2月1日举行罢工。英国公共和商务服务联盟是英国第六大工会，其大部分成员为英国政府的工作人员。

　　与此同时，英国救护车工作人员、苏格兰中小学教师等群体也相继举行罢工。英国全国铁路、海运和运输工人工会则表示，工会与雇佣方距离达成协议还有很长距离，铁路工人的罢工还将长期持续。

　　自2022年下半年以来，在英国通胀达到40年来最高水平、能源价格上涨进一步推高生活成本等背景下，护士、救护车工作人员和铁路工人等多个群体纷纷罢工以要求提高薪酬和福利待遇，导致英国的铁路交通、机场运输、邮政服务等相继陷入瘫痪状态。

　　路透社指出，英国面临的是自20世纪70年代末撒切尔夫人执政以来最严重的罢工，再加上两位数的通胀率，英国目前一片颓势，生活水平正以自20世纪50年代有记录以来最快的速度下降。

　　进入2023年，情况并未好转。英媒报道称，1月4日，英国铁路工人以为期一周的罢工拉开了新年的序幕，最新一轮的罢工活动影响数以百万计民众的通勤，使他们难以重返工作岗位。护士和救护车司机则计划在1月稍后时间举行罢工。英国最大的护士工会皇家护理学院透露，将于1月18日和19日罢工两天。

　　分析人士指出，英国医疗系统的罢工非常罕见。在此之前，英国皇家护理学院在其106年的历史中从未召集过罢工。救护车罢工也是1990年以来的第一次此类行动。

　　1月9日，英国政府多名部长级官员分别与相关工会会面，试图结束从医疗到交通运输等各个行业的罢工浪潮。其中，交通大臣与铁路工会会面，教育大臣与教师工会会面，卫生大臣与代表救护车工作人员和护士的工会会面，但相关工会对谈判结果并不满意。

　　经济疲软 应对乏力

　　中国人民大学欧洲研究中心执行主任闫瑾在接受本报记者采访时分析称：“英国‘罢工潮’持续不断的深层原因在于，近十几年来，英国受欧债危机、‘脱欧’、新冠疫情等影响，经济增长乏力。同时，英国保守党政府长期实施财政紧缩政策，公共服务部门支出捉襟见肘。近10年来，英国社会平均工资增长停滞，许多行业员工入不敷出。目前，各行业工会加薪目标与雇主能接受的目标相距甚远，例如英国护士要求19%的加薪幅度，但英国政府只同意加薪4%。”

　　经济合作与发展组织的报告显示，自2019年第四季度至2022年第三季度，英国经济下降0.4%，表现远差于经合组织38个成员国的累计增长3.7%。

　　一边是经济增长停滞不前，一边是通货膨胀居高不下。《金融时报》报道称，2022年11月，英国的食品通胀率为16.6%，创下45年来新高，预计英国国家统计局随后公布的2022年12月食品通胀率还会继续升高。由于生活成本飙升，2022年12月上半月，有45%的英国人不得不削减食品和生活必需品的采购。英国食品行业预计，英国家庭将迎来“艰难的又一年”。

　　“近10年来，考虑到通胀因素，英国一些行业的工资实际是负增长的，民众的钱包普遍‘缩水’。具体到在此次‘罢工潮’中的一个主要群体——医护人员，新冠疫情持续近3年，病患积压，英国一线医护人员的工作压力实际很大，非常疲惫。再加上‘脱欧’之后，英国医护等公共部门本就面临人手紧缺的问题，进一步增加了在岗人员的工作量。在这样的背景下，工资始终没有明显增长，民众不满情绪日益强烈。”中国现代国际关系研究院欧洲研究所副所长、副研究员曲兵向本报记者分析称。

　　英国一家独立医疗智库近日发布的调查报告显示，“脱欧”加剧了英国医务人员短缺状况，导致几大主要专科领域的医生数量比预期少了4000余人。而皇家护理学院在此前罢工中抗议的一个主要问题就是长期人手不足。

　　英国首相苏纳克近日表示，愿意讨论为护士加薪的问题，以结束近期加剧医疗服务系统危机的“罢工潮”。苏纳克说，政府希望就护士的薪酬问题进行合理、诚实、双向的对话。

　　“面对‘罢工潮’，英国政府并非不想做出妥协，而是有心无力。在经济增长疲软的背景下，英国财政本身就存在巨大‘窟窿’。从2022年11月英国财政大臣发布的政府秋季预算案可以看出，未来一段时间，英国政府主要考虑的仍是如何缩减开支。因此，目前英国政府对民众只能采取一些安抚措施。”曲兵说。

　　冲击社会 加剧动荡

　　持续不断的“罢工潮”给英国经济社会造成巨大冲击。

　　据报道，1月7日，数万名英国铁路工人继续举行罢工。持续的罢工导致英国铁路运输只有约1/5的车次仍能正常运行，约一半的铁路服务网络中断，威尔士、苏格兰和英格兰农村的大部分地区铁路全天停运。英国铁路网公司呼吁民众，如“非必要”，应减少乘坐铁路交通出行。

　　1月11日，英格兰和威尔士地区约2.5万名救护车工作人员再次举行大规模罢工。罢工期间，仅心脏骤停等严重危及生命的情况才会立即得到紧急救护服务。

　　“‘罢工潮’将造成英国雇员和雇主之间的矛盾不断激化，社会进一步动荡不安，同时也会加剧社会分化，使英国本就艰难的经济恢复更加困难。”闫瑾分析称，英国工人工资下降，家庭收入大幅缩水，高通胀可能会比其他国家持续更长时间，英国有可能面临七国集团中最严重的经济衰退。

　　近日，《金融时报》对英国101名主要经济学家进行年度调查，绝大多数经济学家认为，由新冠疫情和乌克兰危机引起的通货膨胀冲击，在英国的持续时间将比其他国家更长。他们认为这将迫使英格兰银行维持高利率，并迫使政府“实施更紧缩的财政政策”。经济学家预计，已经开始下降的英国GDP将在2023年继续下降，英国将面临七国集团中最严重的衰退和最微弱的复苏。

　　经合组织也预测称，2023年英国国内生产总值将下降0.4%，2024年将仅增长0.2%，这将是发达国家中最严重的衰退。

　　彭博社引述英国工业联合会的警告称，除非政府在投资税减免、不断萎缩的劳动力方面采取行动，否则英国经济将面临“增长停滞的十年”。英格兰银行更预测，英国或将陷入“百年来最漫长的衰退”。

　　“英国只有推动经济增长，才能创造更多财富和就业，进而提高英国民众的工资待遇，从根本上解决‘罢工潮’，但这在短期内很难实现。目前，英国民众整体士气低落，‘罢工潮’可能进一步加速英国经济衰退。”曲兵分析称，值得注意的是，受乌克兰危机以及能源危机的影响，欧洲其他国家当前普遍日子都不好过，类似的罢工行动也时有发生。如果欧洲各国政府不妥善解决，某些民粹主义政党可能借机挑动民意，助长民粹主义的扩散。

　　严 瑜

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）