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.
广西百色：农家书屋成“文化粮仓”******
光明日报记者 周仕兴 光明日报通讯员 覃蔚峰
农闲时间，广西百色市德保县城关镇云梯村村民罗美奇来到村头的农家书屋，翻开一本《广西特色蔬菜栽培技术》认真读起来。“农家书屋的书贴近农村、契合农民，从中了解政策、学习知识后发展生产，乡村振兴有奔头，美好生活有盼头。”罗美奇高兴地说。
当下的百色，通过农家书屋“充电”的人越来越多。“农家书屋已然成为乡村振兴的‘文化粮仓’。”百色市委常委、宣传部长赖荣生介绍，百色市从2008年启动农家书屋建设，2013年建设数字农家书屋，到2022年实施农家书屋提质增效工程，一个个设施齐全、配套完善的农家书屋如雨后春笋般涌现。如今，全市已建成1856个农家书屋和28个易地扶贫搬迁集中安置点农家书屋。
搭建阵地：打通惠民“最后一公里”
走进那坡县坡荷乡弄耀村农家书屋，一排排书架整齐划一，一册册图书陈列有序。“有红色革命书籍、有养殖技术书籍，还有小朋友们爱看的各类故事书，图书种类齐全，还能通过线上模式扫码阅读。”该村退休老党员黄廷义说，“小小书屋”成为群众长知识、学技术、学本领的“小课堂”，群众闲暇时既打发了时间，也充实了自己。
在靖西市龙邦镇护龙村“国门书屋”，近期开展多次学习党的二十大精神活动，村民济济一堂，交流心得。管理员梁宇告诉记者，自从村里有了“国门书屋”，村民们农闲时都会来这里看书，书屋已成为边民学习党的方针政策、开展爱国主义教育的重要阵地。
“作为老区，百色市高度重视农家书屋这项文化惠民工程，为脱贫攻坚、乡村振兴提供智力支撑。”百色市委宣传部副部长朱应学说，2010年，该市为了建设好农家书屋，先在有条件的行政村（社区），以人口比较集中、交通便利、基础设施较好的村委会为中心，把村级公共服务中心、农村党员远程教育中心、文化大户、致富能手家等地方，打造了36个农家书屋建设样板。随后，全市以样板来规范建设农家书屋，严格按照“六有一保证”进行规范化建设管理，即有图书室、有“农家书屋”牌子、有图书柜、有阅览桌椅、有制度、有专兼职农家书屋管理员、保证每天开放时间不少于6小时。
为使农家书屋规范化、标准化运行，百色市完善了规章制度，明确农家书屋职责，按有人管理、按时开放、方便群众的原则，做到借还有登记，群众需求有记录。
“农家书屋姓‘农’，要建成农民自己的书屋。”百色市新华书店副总经理李佳蔚说，在充分征求农民意见的基础上，提出配书计划，将党报党刊和适合农民阅读的政治、经济、科技、法律、卫生、文艺、文化教育等出版物配向农家书屋，满足农民的多样阅读需求。同时，有针对性地配备少儿类、文化类等书籍，增配农技书籍，并开展形式多样的读书分享活动，使农家书屋成为乡村儿童“关爱站”、群众致富“加油站”。
“文化粮仓”：既“富脑袋”又富口袋
走进凌云县平怀村农家书屋，映入眼帘的是一个宽大书架，上面整齐摆满着各种书籍，窗明几净，透过玻璃窗，一幅优美的田园风光画卷呈现在眼前……
“祖辈吃尽了知识匮乏的苦头，在发展桑蚕产业的同时，我们决心建设好自己的文化阵地。”平怀村党支部书记郁再俭介绍，2020年，平怀村农家书屋经过第4次搬迁后，结合乡村风貌进行升级改造。如今书屋建筑面积200平方米，馆内书籍囊括中国文化、儿童读物、生态自然科普和健康科普等近2000册，配套有桌椅、茶水、咖啡餐饮服务台等设施，所有设施均免费向全体公众开放。
“农家书屋不仅丰富了农民朋友的文化生活，吸引他们远离牌桌，走向书桌，成为农民致富的好‘帮手’，还帮助他们掌握信息，提高文化水平，找到致富门路。”平怀村驻村第一书记林春蕾说。
“我以前因为家里穷读书少，现在生活条件好了，村里建有书屋，有空都会去看书，很多养蚕、养猪的技术都是在那里学到的。”平怀村养蚕、养猪大户张桂林告诉记者，平怀村农家书屋在培养新型农民、实现先进文化扎根基层、助力乡村振兴等方面发挥了重要作用，涌现出一批致富带头人，平怀村先后被评为全国文明村、全国巾帼脱贫示范基地、中国美丽休闲乡村等。
数字赋能：筑起智慧“加油站”
在百色的农家书屋，扫码就可以阅读海量书籍。
田林县平塘乡兴六村农家书屋里，村党支部书记卢世青手把手教村民文应学登录“百色数字农家书屋”。简单操作后，文应学找到了如何养马的书籍，认真研学起来。
“如今，百色农村都通网络了，手机、平板、电脑等已进入农村群众生活，农家书屋的传统纸质图书期刊不再是乡村群众汲取知识的唯一载体，也不能满足群众日益增长的精神文化需求，移动阅读便成为新风尚。”百色市图书馆馆长覃伟说。
2021年，百色市开始建设互联网数字农家书屋，利用百色市图书馆数字图书期刊资源，通过微信扫码关注百色市图书馆，打开云悦读，就可以随时随地免费阅读图书馆电子图书和期刊，让使用者轻松实现掌上扫码“博览群书”。
2022年，百色市将“百色数字农家书屋”配送到全市1884个农家书屋，让乡村读者在家就能扫码免费阅读市图书馆的电子图书和期刊，通过现代科技手段将“精神食粮”输送到千家万户。
由点到面，串珠成链，惠及全民。农家书屋日益成为百色农民群众不可或缺的“精神家园”，不仅丰富了农村文化生活、陶冶了村民的情操，更为乡风文明建设注入了源源不断的动能。
《光明日报》（ 2023年01月06日 09版）
