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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.

好去处，湖北新增8家！******url:https://m.gmw.cn/2023-01/06/content_1303246038.htm,id:1303246038

　　1月5日

　　记者从湖北省文化和旅游厅获悉

　　湖北省新增8家国家4A级旅游景区

　　据《旅游景区质量等级的划分与评定》国家标准和《旅游景区质量等级管理办法》，经相关市文化和旅游局推荐，省文化和旅游厅按程序组织综合评定，确定随州市广水市高贵三潭景区、十堰市丹江口市武当大明峰景区、荆州园博园、鄂州市梁子岛生态旅游区、荆门市极客公园、孝感市应城国家矿山公园·爱漫文旅小镇、十堰市郧阳区汉江绿谷生态旅游区、鄂州市杏福园旅游区为国家4A级旅游景区。

　　截至目前，湖北省共有高等级A级旅游景区196家，其中5A级景区14家，4A级景区182家。

　　一起看看

　　这8家4A级景区是啥样

　　随州市广水市高贵三潭景区

　　高贵三潭景区位于广水市区北35公里，鄂豫两省交汇处，面积52平方公里，景区主要有三潭瀑布、小三潭瀑布、大贵山、小贵山、杨公岭、青檀林等多处自然景观，有雄关古道平靖关、烽火台、纪念明朝忠烈杨涟的杨公岭等关寨文化和抗战文化的人文景观。景区1985年6月正式营业，1991年被批准为国家森林公园，1997年被批准为省级风景名胜区。

　　十堰丹江口市武当大明峰景区

　　武当大明峰景区位于十堰丹江口市官山镇，海拔1316米，面积39平方公里，累计投入8亿余元，建成了玉顶玉殿、悬空栈道、龙坊石雕观景台、一线天、南天门、烈士陵园党建团建基地等景点，打造了飞拉达（攀岩）、天空玻璃桥、悬崖秋千、高空滑索、玻璃水滑、步步惊心、丛林穿越等娱乐体验项目，先后获评“湖北省旅游摄影创作基地”“湖北省旅游名村”（景区所在地骆马沟村）等。

　　荆州园博园

　　荆州园博园位于荆州市纪南文旅区，是第二届湖北省园博会举办地，园区占地面积1.03平方公里，分布45个展园，以楚文化为核心，由楚礼、楚艺、楚韵、楚耘、楚苑、楚风6个片区组成。景区中心楚风片区的中国楚文化博物馆以楚国八百年为轴线，通过声光电技术，从政治、经济、精神等多角度呈现楚文化千年历程。同时，景区还通过举办展园主题日、荆楚文化博览、新春灯会、草坪音乐节、国风文创集市、楚宫乐舞、荆楚粉画非遗展、花车巡游大狂欢等活动，增强景区的吸引力。

　　梁子岛生态旅游区

　　梁子岛生态旅游区位于鄂州市梁子湖区梁子镇，占地面积2平方公里，结合当地特色文化，打造了点将台、母子像、湘鄂赣军区司令部、朝阳园、关羽拴马桩、魁星楼、抗日炮楼、英雄纪念碑等代表性人文景点，景区于2004年被批准为省级旅游度假区。2021年列入全省服务业“五个一百工程”重点建设计划，2022年列入湖北省重点建设项目，也是鄂州市和湖北文旅集团“十四五”重点支撑项目。

　　荆门市极客公园

　　极客公园位于荆门市漳河新区爱飞客大道与漳河大道交汇处，是湖北首个航空主题公园。公园围绕航空文化特色、整合“海陆空”资源，设计布局航空文化展示带、滨水休闲景观带、静态飞机展示区、航空VR科技体验区、航空军事体验互动区、航空体育赛事区、航空研学拓展区，打造了幻境球幕影院、三栖模型基地、飞行营地、水上乐园、卡丁车等体验项目，先后获评“全国中小学生研学实践教育基地”“国家体育旅游示范基地”“中国民航科普教育基地”“湖北省中小学生研学实践营地”等荣誉，是荆门市的文旅名片。

　　孝感市应城国家矿山公园·爱漫文旅小镇

　　孝感市应城国家矿山公园·爱漫文旅小镇位于应城市西部旅游区，规划面积1.3平方公里，依托应城独有的膏、盐、温泉资源和膏盐文化，打造了应城国家矿山公园博物馆、爱漫温泉馆、爱漫马场、爱漫别院、爱漫生活馆、爱漫营地、爱漫生态农园等文旅项目，形成了以应城膏盐文化为依托，以爱漫文化为主题，集膏盐科普研学、温泉康养休闲、马场运动休闲、花海田园游乐和爱漫生活度假于一体的文旅融合型景区。

　　十堰市郧阳区汉江绿谷生态旅游区

　　十堰市郧阳区汉江绿谷生态旅游区位于十堰市郧阳区安阳镇青龙村，总面积6.9平方公里，打造了以花园别墅、草原蒙古风情、星空帐篷为特色的3个主题庄园、5000亩百草园、1000余亩水上花海、3100多亩观光草原，是国家级水利风景区和水土保持科技示范园，开设了垂钓港、烧烤基地、露营基地、国防研学教育基地等休闲体验区，设置了卡丁车、高空秋千、水上游乐等20余项游乐项目。

　　湖北杏福园旅游区

　　湖北杏福园旅游区位于鄂州市华容区段店镇，规划面积6.7平方公里，是一处以现代特色农业产业园为基础，以台湾精致花卉宠物区、七迹湖度假慢生活区、湖乡亲水运动区和台湾休闲瓜果采摘区为主要功能区的旅游区。打造了科普馆、兰花馆、草花馆、立体栽培馆、共享厨房、风筝草原、粉红沙滩、植物迷宫、亲水乐园等旅游设施。有“杏福果物”“杏福年年”“杏福心田”“杏福乐活家”等多个注册商标，具有较高的市场影响力和知名度。

　　综合 | 湖北文旅之声、湖北日报

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）