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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.

上海：新型现代警务机制提升超大城市安全能级******

　　2022年，上海警方共打掉电信网络诈骗黑灰产团伙260余个，抓获犯罪嫌疑人4500余名。　上海警方供图

　　中新网上海1月10日电 (记者李姝徵)高水平的安全保障了国际化超大城市的繁华，也是城市能级和核心竞争力不断提升的关键。来自第三方的调查显示，2022年度上海公众安全感和公安工作满意度两项数据连续第10年实现“双提升”。

　　2022年，上海公安机关以“一平台、三体系”新型现代警务机制为牵引，持续推进风险隐患清零、精准打击犯罪、便民政务服务等工作，不断提高人民群众安全感、满意度，推动城市安全向更高水平迈进，为上海在新征程上继续当好改革开放排头兵、创新发展先行者保驾护航。

　　主动除隐患，实现事前预防治理

　　“老于，最近你店里有没有一个年轻人来卖电瓶车”“有有，你这里也有吗”“这么巧，我这里前几天也来过”……“平安商户联盟”微信群内这段聊天内容引起了民警的注意，该群内商户大多是电动自行车经销商。金山分局金山卫派出所当即组织警力对该情况开展循线排摸，成功侦破一起连环盗窃电动自行车案件。

　　上海警方全力优化便民服务模式，推出了一系列便民利民的改革举措。　上海警方供图

　　上海公安机关努力推动公共安全治理模式向事前预防转型，依托“动态隐患清零”主动防范体系，积极打造特色品牌，通过在全市范围内推广“平安屋”及“平安商户联盟”建设，不断提升城市治理现代化水平。截至2022年底，已建成“平安屋”2100余个、组建“平安商户联盟”队伍270余支，日均参与值守群防群治力量1.2万余人，延伸了主动发现隐患的触角。

　　闵行分局浦锦路派出所人民调解室内，两位纠纷当事人在民警、调解员和律师的帮助下握手言和，一起因长期漏水引起的邻里纠纷就此解决。

　　上海警方在全市范围推广派出所、司法所、律师事务所“三所联动”纠纷调解模式，将矛盾最大限度化解在基层。　上海警方供图

　　邻里、家庭等矛盾纠纷潜伏性较强，久而久之可能会引发治安甚至刑事案件。对此，上海公安机关坚持新时代“枫桥经验”，发挥社区民警“平安建设的组织者”作用，积极发动辖区内群防群治力量共同滚动排摸邻里、家庭等矛盾纠纷，力争做到及时主动发现。同时，在全市范围推广派出所、司法所、律师事务所“三所联动”纠纷调解模式，将矛盾最大限度化解在基层。2022年，共化解矛盾纠纷63万余起。

　　武宁南路武定路路口，施工人员正在调整地面车道的标志标线，现场疏导交通的静安分局交警支队一大队大队长张稳对记者说道，“近期，我们通过对各重要路口车流的分析研判，重新调整相关路口的交通标志标线，让居民出行更加安全。”

　　道路一旦发生拥堵极易引起交通事故和安全隐患，超大城市的交通拥堵现象一直是全球性的难题。上海公安机关运用“易的PASS”等智能交通分析系统，实时分析比对大车流情况，不断优化调整道路交通标志标线。通过主动优化各大拥堵路段、路口的交通标志标线，有效缓解了道路通行状况，极大挤压了交通隐患滋生的空间。2022年，共优化调整各类交通标志标线780余处，全市交通事故同比下降31.2%。

　　精准打犯罪，保障经济向稳向好

　　“世界杯刚刚落下帷幕，在球迷享受精彩赛事的同时，我们对‘赌球’等违法犯罪行为开展了专项打击整治。”治安总队治安行动队副支队长薛文渊介绍，11月中旬以来，上海警方紧盯网络赌博线索，主动巡查、精准研判各类信息，坚决铲除赌球窝点、斩断渗透链路、摧毁组织体系，净化了社会治安环境。截至目前，全市公安机关共侦破赌球刑事案件26起，查获涉案赌资1300余万元(人民币，下同)。

　　在严打网络赌博犯罪的同时，上海公安机关依托“分类统筹集约”精准打击整治体系，深入开展“砺剑”系列专项行动，全力攻坚电信网络诈骗、侵犯知识产权等突出违法犯罪，保障全市经济社会向稳向好发展。

　　3名“90”后同租一屋竟申请4根网线，原来是为远在国外的诈骗分子提供语音通话技术服务......近日，奉贤警方开出了上海自2022年12月1日《反电信网络诈骗法》施行后的行政处罚首单，具有“帮信”违法行为的3名“90”后分别被处以罚款5000元。

　　电信网络诈骗之所以如癣疥之疾般难以根除，与其背后庞大黑灰产利益链的支撑密不可分。2022年，上海公安机关紧盯电信网络诈骗犯罪新动向，全链条打击为诈骗分子非法提供通信、网络技术支撑和非法转账洗钱的黑灰产团伙，共打掉电信网络诈骗黑灰产团伙260余个，抓获犯罪嫌疑人4500余名，电信网络诈骗案件破案率持续上升、发案数持续下降。

　　当下深受广大年轻群体喜爱的剧本杀竟也有假货？近日，上海警方联合相关行政执法部门，成功侦破全国首例侵犯剧本杀著作权案，抓获盗版印刷、网络分销、线下门店等全环节犯罪嫌疑人39名，捣毁仓储、销售窝点15处，涉案金额达5000余万元。

　　经济形势的不断变化，导致危害市场秩序安全和市场主体权益的经济犯罪日益凸显。对此，上海公安机关不断紧密与市文旅局、市版权局等行政部门的合作，强化精准预警、精准打击、精准处置能力，严查严打严防各类侵犯著作权犯罪。针对此类犯罪跨地域、团伙化的趋势特点，坚持跨省作战、深挖严打，全力维护一流营商环境。2022年，全市公安机关已侦破侵犯著作权类案件60余起，抓获犯罪嫌疑人160余名，涉案金额17.7亿余元。

　　便民优服务，提高人民生活品质

　　“这项政策真是太方便了，我们夫妻不用特意请假回老家给儿子报出生了，在上海就可以直接打印儿子的《居民户口簿》，太感谢了！”在上海工作生活的江苏籍居民周先生，仅用1分钟就在派出所为自己新出生的儿子成功打印了《居民户口簿》信息，成为“长三角区域跨省(市)新生儿入户服务”由“缴旧寄新”到“直接打印”转变升级后的首位受益群众。

　　2022年，上海公安机关全力优化“一口受理、联动审批、快捷收付、一网通办”的便民服务模式，推出了一系列便民利民的改革举措。

　　“现在无犯罪证明可以直接全程在手机上申请、出示，简直太方便了。”在松江分局方松派出所窗口民警指导下学会线上申请的李女士喜笑颜开。

　　围绕“足不出户能办事，跑路最多只一次”目标，上海公安机关以“互联网+政务服务”为基础，推动公安政务服务从线下窗口向网上办事转型。以市民群众最常开具的户籍证明和有无犯罪记录证明为例，自上线以来，这两张证明累计在线开具270余万张，减少群众跑动270余万次。

　　为解决群众急难愁盼问题，在“可办能办”的基础上向“好办快办”目标转变，上海警方充分发挥公安数据治理应用优势，牵头开发了公安电子证照制证和调用系统，全量归集制作了身份证、户口簿等63类9500余万张电子证照，市民群众可以通过“随申办”亮证使用。同时，警方积极拓展电子证照应用场景，先后推出电子证照在宾馆住宿、路面交通查验等场景中的应用。

　　除了各项便民举措，上海警方持续推出优化营商环境的举措，试行“浴场”“宾馆”和“网吧”等3个行业“一业一证”改革，探索建立“一证准营”的行业综合许可制度，将多张许可证整合为一张“行业综合许可证”，最大限度释放改革红利，让经营者更加坚定扎根上海的决心。(完)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）