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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.

更好统筹质的有效提升和量的合理增长******

　　作者：权衡（上海社会科学院党委书记、上海市习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心特聘研究员）

　　发展是党执政兴国的第一要务，发展必须是高质量发展。质的有效提升和量的合理增长是经济合理运行和发展的规律性体现，是实现高质量发展的内在要求，有利于探索和形成经济增长的新源泉新动力。需更加注重长短政策优化组合，更好统筹经济质的有效提升和量的合理增长，推动高质量发展取得新成效。

　　中央经济工作会议强调，“坚持发展是党执政兴国的第一要务，发展必须是高质量发展”“要更好统筹经济质的有效提升和量的合理增长，坚持以质取胜，以量变的积累实现质变”。实现质的有效提升和量的合理增长，对做好2023年经济工作，着力推动高质量发展具有重大理论和现实意义。

　　内在逻辑和现实要求

　　科学把握经济运行过程中质的有效提升和量的合理增长，既有利于准确理解“高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务”，也对推动经济运行实现整体好转至关重要。

　　质的有效提升和量的合理增长是经济合理运行和发展的规律性体现。经济的运行和发展是总量增长和效益提升的辩证统一的变化过程。经济发展既有生产要素投入和产出的增长变化，如表现在总量、规模、速度等具体指标上，同时往往也必然伴随着经济结构、产业结构、就业结构和收入结构等方面的深刻变化。尤其是受技术革命等因素的影响，经济运行内在的投入产出结构以及效率、质量和效益也会发生相应的变化。因此，量的积累是经济增长的基础和条件，质的提升则是经济增长的动力和目标，经济运行的质和量互为条件，相辅相成、相互作用。

　　质的有效提升和量的合理增长是实现高质量发展的内在要求。进入新发展阶段，要完整、准确、全面贯彻新发展理念，加快构建新发展格局，着力推动高质量发展。高质量发展是体现新发展理念的发展，要推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革。保持经济运行在合理区间，既需要有质的有效提升，也需要有量的合理增长。从质的有效提升来说，意味着经济增长更加注重投入产出率、技术创新和进步以及产品质量、市场效益、资源配置效率、生态环保等方面的要求。从量的合理增长来说，需要在质的有效提升基础上有高效益、高质量的投入产出和较快的规模增长、速度增长，这样的增长也必然带来就业、收入方面的稳定增长。

　　质的有效提升和量的合理增长有利于探索和形成经济增长的新源泉新动力。现代经济增长理论研究表明，一国或者一个经济体的经济增长，其真正有效的源泉和动力，并不是来自于要素投入的数量和规模大小，而是主要来自于全要素生产率的提升，其中主要包括劳动生产率、技术进步效率和资源配置效率等。尤其是从经济长期增长的趋势来看，增长源泉和动力主要来自于全要素生产率。因此，推动经济高质量发展，就是要把长期经济增长的动力和来源主要放在依靠提升劳动生产率、技术进步效率、创新效率以及资源配置效率上，着力提高全要素生产率。这样既可以实现质的有效提升，又可以实现量的合理增长。

　　更加注重长短政策优化组合

　　中央经济工作会议强调，“突出做好稳增长、稳就业、稳物价工作，有效防范化解重大风险，推动经济运行整体好转，实现质的有效提升和量的合理增长，为全面建设社会主义现代化国家开好局起好步”。为此，需要从如下几方面入手，更加注重长短政策优化组合，更好统筹经济质的有效提升和量的合理增长，推动高质量发展取得新成效。

　　一是把稳增长的政策手段与实施创新驱动发展的各项政策有机结合起来，使短期内的增长过程更多孕育和形成长期的新动力和新动能。做好2023年经济工作，短期内需要稳增长，积极的财政政策要加力提效，通过优化组合赤字、专项债、贴息等工具积极促进经济增长。同时，政策手段要更加突出培育有利于长期增长的内生动力，更加注重推进科技创新，催生各种新业态、新经济和新模式，防止盲目投资和重复建设。要通过积极的财政政策和稳健的货币政策，加大宏观政策调控力度，加强各类政策协调配合，形成共促高质量发展的合力。

　　二是把实施扩大内需战略同深化供给侧结构性改革有机结合起来，实现供需匹配和动态均衡发展。做好2023年经济工作，要着力扩大国内需求，要把恢复和扩大消费摆在优先位置，充分发挥内需尤其是消费需求的作用，进一步增强消费能力，积极改善消费条件，创新各类消费场景，最大程度释放消费潜力和活力。同时，也要继续深化供给侧结构性改革，建设现代化产业体系，形成高质量的供给体系和供给能力，推动技术创新、供给创新、产业创新、产品创新，使供给侧更加灵活及时地适应需求侧的变化，有效发挥供给创造需求的重要作用，增强高质量发展的内生动力。

　　三是把引导实际经济增长的总量政策手段与提升潜在经济增长率的结构性政策工具有机结合起来，最大限度提升潜在经济增长率。由于各种不确定性因素冲击，短时期我国实际经济增长率往往会出现不可避免的波动和变化。因此，做好2023年的经济工作，短期内各种总量性政策着力点要放在如何更好引导和稳定实际经济增长率上来，防止经济运行出现波动带来的就业、物价等大幅度变化。同时，各种结构性政策也要更加关注和提升潜在经济增长率，尽可能确保实际经济增长与潜在经济运行轨迹保持基本一致。要尽可能实现资源最优配置和全要素生产率提升，最大限度激活和提高潜在经济增长率，推动实际经济增长既符合市场预期，也符合潜在经济增长率水平。这也是当前和今后一个时期保持经济运行在合理区间的重要选择。

　　四是把稳增长的一揽子经济政策与改善民生的社会政策体系有机结合起来，推动经济社会高质量发展。做好2023年经济工作，既要推动经济稳定增长，实现就业、收入和物价等基本稳定，同时也要发挥社会政策的兜底保障作用，把城乡协调发展与扩大内需有机结合起来，把城乡居民的就业保障与解决民生需求结合起来，不断增强人民群众的获得感、幸福感、安全感。

　　五是把稳增长与积极改善市场预期、提振市场信心有机结合起来，确保经济运行建立在理性的良性的心理预期上。稳定预期与稳定增长同等重要。目前，需求收缩、供给冲击、预期减弱三重压力仍然较大，预期减弱的压力影响也较为深刻，亟需有效的积极引导，及时消除各种疑虑，减少不确定性，增强可预期性及指导性。特别是要通过全面深化改革开放，以更加成熟定型的制度体系积极引导和稳定市场预期、提振市场信心，为实现质的有效提升和量的合理增长、确保经济运行在合理区间注入新的动力和活力。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）