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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.

诸多顽疾积重难返 中国足坛亟待荡涤沉疴******

　　诸多顽疾积重难返，除弊革新需用重典——

　　中国足坛亟待荡涤沉疴

　　兔年新春的节庆气氛尚未散去，中国足坛依然深陷寒冬——大年初四，已坚守十余年的武汉长江俱乐部宣布退出中国男子足球职业联赛，成为新赛季准备期第一支选择离开的球队。

　　近几个赛季以来，每逢联赛结束都有球队解散或者退出的消息传出，甚至还出现过中超冠军(江苏苏宁)夺冠后即解散的尴尬。究其原因，经营困难入不敷出只是表象，规划乱、理念杂、人才缺、管理差等困扰中国足坛尤其是职业联赛多年的沉疴顽疾难除才是根源。如果不能在上述关键环节彻底除弊革新，中国足球的未来依然艰难。

　　刚刚过去的一年，对于武汉足球而言可谓“冰火两重天”——作为“升班马”的武汉三镇一鸣惊人，一举拿下中超冠军；而在武汉乃至湖北足球危难时刻扛起大旗的武汉长江，却最终未能“挺住”，只能接受中超降级和退出职业联赛的双重苦涩。

　　武汉长江俱乐部在通告中并未明确退出原因，只是承认“俱乐部和球队管理运营方面有很多地方做得不够好”。但关注中超等国内职业足球联赛的人们不难想到，近年来经营环境持续恶化，俱乐部经营举步维艰，是他们最终选择告别的主因。武汉长江，成为昔日中国足坛“金元风暴”后遗症的又一个受害者。

　　据公开资料显示，自2011年12月卓尔控股(长江俱乐部投资方)全面接手球队以来，累计投入已近40亿元人民币。但即便如此，武汉长江在昔日一掷万金的广州恒大、河北华夏幸福、江苏苏宁等所谓“豪门”面前也是“小儿科”。

　　受到“金元足球”的裹挟，绝大多数中超俱乐部、部分中甲甚至是中乙球队，在近10年来盲目进行军备竞赛，投入一路狂飙。例如2017赛季的中超“升班马”贵州恒丰，在首个中超赛季的投入就高达10亿元人民币。如脱缰野马一般的高额投入，最终成为压垮俱乐部的沉重枷锁。

　　据统计，算上武汉长江，中超联赛近4个赛季连续有4家俱乐部宣布解散退出。近4年来，中超、中甲和中乙三级职业联赛更有多达45家俱乐部宣布解散或退出。

　　更令人担忧的是，即便是中国足协从2018年开始推行球员限薪、俱乐部限投等措施，即便绝大多数球队近两年来的投入已逐步回归理性，但“金元足球”所带来的后遗症依然难以快速消除。武汉长江之后，不排除还有其他中超和中甲球队在新赛季揭幕前退出。

　　中国足球开启职业化改革已超过20年，但至今能够做到自负盈亏的俱乐部依然是凤毛麟角。缺乏科学规划和“造血”功能，一直让中超等国内职业足球联赛受到外界诟病。而一度让职业联赛深受其害的“假赌黑”顽疾沉渣泛起，更是成为中国足球在除弊革新过程中必须要直面和解决的问题。

　　从去年11月26日国足原主教练李铁接受监察调查至今，中国足坛的新一轮扫黑风暴正在持续推进。

　　据媒体报道，在李铁接受调查的过程中，先后有多名前中超或中甲俱乐部的教练及管理人员受到调查。而在1月19日，国家体育总局网站发布消息，中国足协执委、原秘书长刘奕涉嫌严重违法，正接受有关部门监察调查，中国足协常务副秘书长兼国管部部长陈永亮涉嫌严重违纪违法接受审查调查。这表明涉及足协管理层的严重违纪违法事件调查取得重大进展。

　　对此，中国足协迅速召开会议，强调要汲取教训，以案为鉴，反思警醒，加强对足球从业人员管理监督，努力营造风清气正的足球生态。

　　有业内人士表示，新一轮的足坛反腐扫黑工作，是中国足球除弊革新，再次出发的重要契机。“确实到了需要改变的时候。只有真正打造具备科学规划和先进理念的青训体系，以及运转良好成熟的职业联赛，中国足球才有崛起的希望”。

　　新春伊始，沉寂多时的中国足坛，随着中国男足亚运队集训名单的出炉，以及几支国字号青年军的重新集结逐步开启了新征程。但到记者截稿时为止，新赛季中超联赛何时揭幕，中国男足帅位如何调整，中国足协换届工作何时展开等关键问题依然悬而未决。尽快吹响“开场哨”，对于现阶段的中国足球而言至关重要。(李元浩)

　　(来源：工人日报 2023年02月01日 08版)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）