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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.

陕西：新场景、新服务 人性化推进公共文化服务高质量发展******

　　“1000多年前，诗人和音乐人都前往长安寻梦。今天，这里也是国人寻梦的地方！”陶醉在露天公益表演中的李先生这样说。华灯初上，西安大唐不夜城里大小不一的舞台上，艺术家们用生动的演绎和有趣的互动带着游客穿越古今，让人们真切感受从古代长安到现代西安，这片土地上流淌的文化。

　　在陕西各地，公共文化服务高质量发展，其中一系列服务新场景的涌现就是重要特色之一。2022年1月，陕西省文化和旅游厅联合省发改委、省财政厅印发的《关于推动公共文化服务高质量发展的实施意见》指出，鼓励改革创新，倡导特色化、个性化服务，不断提升公共文化的知晓率、参与率和满意度。

西安易俗社文化街区地下沉浸式怀旧场景吸引游客前来打卡

　　“最后一百米”

　　提升公共文化服务效能

　　近年来，走在铜川市的城区及乡村，人们会被书画公园、城市书房、文化大院等崭新的文化服务空间所吸引，会因“铜川有戏”“360°看铜川”“宏显大舞台”等走心的文化活动而驻足，会为“云端到指尖”“文化大餐自己点”“云游铜川”等便捷系统的数字化服务所叹服。2019年3月，铜川市成功迈入国家公共文化服务体系示范区创新发展序列，全市呈现出示范区品质发展、均衡发展、开放发展、融合发展的局面，创新发展探索实践成功经验竞相涌现。

　　“家门口”的文化服务站，是铜川宜君县按照全域公共文化服务区创新发展规划，旨在提升人民群众生活品质、激发公共文化服务效能、实现文化赋能高质量发展的积极探索和成功实践。“家门口”的文化服务站，采取“社区+小区”服务模式，整合社区、小区优势资源，指导社区在做好经常性群众服务工作的同时，有效拓展和延伸服务功能。

　　“社区充分发挥基层党组织的职能作用，科学规划，统筹调度，将小区内‘网格党支部、楼栋党小组、党员中心户’等相关组织机构有机融入‘家门口’的文化服务站，形成文化服务、文明实践、党群联系等综合服务合力。”宜君宜园社区的工作人员说。

　　“‘家门口’的文化服务站，立足实际，因地制宜，虽然规模不一，却均具备阅览室、儿童驿站、棋牌室（传习室）、茶饮休闲区等服务功能，有效地解决了小区居民普遍存在的‘老少难’问题。”铜川市文化和旅游局相关负责人表示，文化服务站打通了公共文化服务“最后一百米”供给，实现了文化服务均衡化发展。

　　用旅游新场景赋能公共文化服务

　　在大唐不夜城，“不倒翁”轻语浅笑别具韵味，“李太白”斗酒诗百篇、敦煌飞天引人注目……作为西安的一张文化旅游名片，大唐不夜城步行街将唐代历史文化元素渗透在街区的每个角落，以优美的环境吸引游客驻足。

　　挖掘街区丰富的文化资源，扩大公共文化服务外延，提升街区整体文化体验，西安大唐不夜城步行街、易俗社文化街区作为曲江新区新型公共文化街区，赋予街区文化体验、旅游休闲等多重功能，实现空间美化、服务舒适化，推动公共文化服务高质量发展和文商旅融合发展。

　　易俗社文化街区以秦腔文化为特色。作为秦腔文化载体，秦腔戏台在一年时间里，共表演秦腔近500场。除了专业秦腔团体的秦腔公演外，易俗社文化街区更挖掘培育了一批西安本地民间秦腔自乐班，一年间，街区开展自乐班40余个及专场演出440余场，打造属于西安人的特色常态化惠民演出。

　　“曲江将继续把公共文化空间创新打造作为公共文化服务领域的重点之一，因地制宜，在建设主体、空间标准、设施布局、功能设置等多方面创新实践，激发新空间文化活力，继续打造新一批新型公共文化空间。”西安曲江新区管委会相关负责人表示。

　　“线上+线下” 文化惠民不减量

　　“我坐在自家热炕上，拿着手机，就能看到咱们宝鸡当地的秦腔戏，这些演员可都是我的偶像。”家住宝鸡扶风县法门镇农林村的戏曲爱好者李贺林每天都关注着手机上的“云演出”。足不出户，一样能够欣赏到精彩的戏曲表演。

　　秦腔在西府大地流传较广，有着深厚的群众基础。宝鸡市戏曲剧院院长邰凯丰说：“虽然是线上演出，但从演员化装到舞美、灯光等，我们丝毫不敢懈怠，要让咱乡党们欣赏到水平不减的秦腔表演。”

　　宝鸡市文化和旅游局下发的《关于加快推进2022年戏曲进乡村文化惠民演出》的通知明确提出，要采取小分队、流动舞台车以及线上直播演出等形式，推进文化惠民项目。

　　从2022年10月20日以来，宝鸡各县、区组织线上直播200多场，舞蹈、戏曲、小品、儿童剧等精彩节目轮番上演，累计100多万人次观看了线上直播演出。线上线下相结合，宝鸡各文化单位进社区、进乡村，确保文艺演出不断线、文化大餐不减量。宝鸡市文化和旅游局副局长段军林表示，要大力实施文化惠民项目，精心打造文化服务品牌，不断巩固国家公共文化服务体系示范区创建成果，努力建成公共文化服务优、精品生产能力强、城市文化美誉度高的西部文化强市。

　　“走高质量发展之路，要坚持以人民为中心的发展思想，把发展成果与市民和游客享有的幸福生活密切结合。公共文化高质量发展除强调均衡发展、开放发展外，还要注重品质发展和融合发展。”陕西省文化和旅游厅相关处室负责人说。（本报驻陕西记者 秦毅 文/图）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）