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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.

广西壮族自治区博物馆新馆开放——在这里，探寻壮美广西******

　　11月28日，广西壮族自治区博物馆新馆开馆。

　　创建于1934年的广西博物馆，是省级历史、艺术类综合性博物馆，也是全国首批国家一级博物馆，现有藏品近10万件（套）。广西博物馆改扩建后面积由此前的2.1万平方米增加至3.7万平方米，其中展览面积约1万平方米，可展出的文物数量由之前的600多件（套）增加至3000多件（套）。首批开放的展览展出文物近2000件（套）。

　　大部分文物首次展出

　　11月29日，南宁市民孔先生一早就来到广西博物馆新馆外等候。“我是通过博物馆的参观预约小程序成功预约到今天的参观名额，太兴奋了，非常期待能看到一个全新的广西博物馆。”他说。

　　1978年，广西博物馆陈列大楼在刚刚建成通车的民族大道旁落成，这座具有干栏式建筑特点的陈列大楼，被评选为当时的全国十大博物馆建筑之一。1988年，民族文物苑建成开放，和广西博物馆陈列大楼相映成趣，不仅成为国内最早开创“馆苑结合”“动静相辅”模式的博物馆，也在许多广西人心中留下深刻的文博记忆。

　　2018年，广西博物馆迎来了首次闭馆改扩建，2019年1月开工。经过4年时间的精雕细琢，广西博物馆在继承原址风貌的基础上，扩大增加功能分区，完善提升各项基础设施，使得新馆集经典怀旧景观、休闲文化空间与现代科技设计于一体。

　　据了解，此次重新对公众开放，广西博物馆新馆首批推出5个馆藏文物展览，包括“广西古代文明陈列”“烽火南疆——广西近现代革命史陈列”2个基本展览，以及“合浦启航——广西汉代海上丝绸之路”“釉彩斑斓——馆藏瓷器陈列”“匠心器韵——馆藏工艺珍品陈列”3个专题展览，其中大部分文物为首次对外展出。

　　“此前受场地影响，许多馆藏文物只能长期保存于文物库房，新馆开放后，展出的文物数量和品质将大幅提升，众多难得一见的珍贵文物将在全新的展览空间迎接观众。”广西博物馆馆长韦江表示，新馆面向游客开放的空间布局也更多元，馆内每个功能区均覆盖有AR实景地图导航等数字化信息及管理系统，并接入“一键游广西”平台，为游客提供线上、线下一站式的智慧化服务。展览及服务空间也充分利用数字化技术和光影技术，打造沉浸式观展和互动体验。

　　同时，广西博物馆新增了4个互动服务区，分别为儿童考古探秘馆、青少年活动中心、历史小剧场与博物馆文创商店，与上述展览体系有机融合。互动区域还将通过创意展示、节庆活动、演艺表演和科普研学等方式，提供高质量博物馆文化产品，并逐步探索博物馆夜间开放模式，为市民游客打造别致的“博物馆奇妙夜”。

　　民族融合多元交汇

　　“这件翔鹭纹铜鼓是我馆的国宝级文物，1976年出土于贵县（今贵港市）罗泊湾汉墓。它纹饰清晰，图案精美，器身保存完好，是国家一级文物……”在“广西古代文明陈列”展厅，讲解员为观众娓娓道来，通过一件件文物、一幅幅图画展示出广西这个多民族融合地区发展的历史脉络。

　　广西有12个世居民族，各族人民在漫长的历史长河中，和谐交往交流交融，共同创造出多姿多彩的民族文化。广西博物馆新馆全新推出的“广西古代文明陈列”是广西第一个以通史体例来表现广西古代文明历史的陈列展览，统筹全区文物精品，重点突出广西历史中“悠久、多元、交融、开放、同心”的特点，从社会发展史的角度，用博物馆的陈列语言，讲述波澜壮阔、辉煌灿烂的历史发展进程和成就。

　　“这些有形有色的珍贵文物，就是民族融合具象化的体现。”韦江说。

　　此外，基本展览“烽火南疆——广西近现代革命史陈列”全景展示广西近现代革命历程，通过文物再现历史事件和革命英烈，弘扬革命文化。专题陈列“合浦启航——广西汉代海上丝绸之路”以故事化的展览脉络、场景化的展示环境、多样化的展示手段展现“和平合作、开放包容、互学互鉴、互利共赢”的丝路精神；“釉彩斑斓——馆藏瓷器陈列”展现馆藏瓷器特点，突出其历史价值及美学价值，从文物中管窥其时代背景下的世貌风情与文化的交流交融；“匠心器韵——馆藏工艺珍品陈列”突显广西博物馆深厚的文物集藏传统，展现文物之美与工匠精神。

　　创意让博物馆走进生活

　　“打起渔鼓开口唱，唱一唱广西好地方，漓江烟雨景色美，三姐歌声传四方……”11月28日晚，一阵阵清脆悦耳的歌声从广西博物馆新馆文创市集里传来，这是广西本土歌唱组合“蝴蝶飞”表演的地方戏曲渔鼓。“曲艺最早出现的地方是市集、茶楼酒肆，我们希望通过在市集里表演实现活态传承的目的，进一步拉近与观众的距离。”广西曲艺家协会副主席、组合“蝴蝶飞”发起人赵嘉懿说。

　　此次文创市集，广西博物馆新馆推出了艺术家公开课、音乐快闪演出、非遗互动教学等形式的互动活动，全面展示广西民间艺术的丰富性、历史性与趣味性，让文博更好地走进百姓生活。

　　“博物馆与人们的生活并不遥远。”广西博物馆宣教部主任黄璐说，为了拉近民众与博物馆的距离，广西博物馆早在2017年便尝试与南宁地铁联合推出广西首个博物馆主题车站，将地铁站打造成体验广西文化、触摸历史的文化空间。

　　在新馆正式开馆前，广西博物馆与五菱汽车跨界联合打造了“行走的广西博物馆”项目，以车尾厢集市、快闪等形式走进校园、商超、街头巷角，用更多跨界融合的形式展现文物价值，让馆藏资源得到更多年轻化、生活化呈现。此外，广西博物馆新馆还以馆藏文物翔鹭纹铜鼓、羽纹铜凤灯和大铜马为原型，结合区块链技术，在网络平台首次推出3款数字藏品。这是该馆推进智慧化建设工作，运用信息技术推动藏品保护、展示及利用的一次融合创新之举。

　　“随着展示环境全面改善，广西博物馆新馆还将策划和开展更多形式多样、精彩纷呈的活动，建成一座有温度、有深度、有高度、有趣味的博物馆。”韦江表示，文化遗产不光要“守”得住，还要“活”起来，更应“火”起来。（本报驻广西记者 宾阳 通讯员 莫曲）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）