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.
奏响人与自然和谐共生新乐章——2023开年推进绿色发展一线观察******
2022年岁末，《国家公园空间布局方案》正式发布，遴选出49个国家公园候选区(含正式设立的5个国家公园)，到2035年我国将基本建成全世界最大的国家公园体系。
2023年开年之际，记者在采访中看到，鄱阳湖畔，数不清的候鸟在引吭高歌；华北平原，蓝天成为人们照片里最美的背景；巢湖岸边，农田里越冬的不是庄稼而是“草”……各地牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，着力推动绿色低碳发展，神州大地正在奏响人与自然和谐共生的新乐章。
视频：奏响人与自然和谐共生新乐章——2023开年推进绿色发展一线观察来源：新华社客户端
照片里记录变化：让环境更加优美
高耸入云的天津广播电视塔、变化起伏的城市天际线……寒冬时节，摄影爱好者孙涛登上位于天津市区的南翠屏公园山顶，用相机将冬日美景记录下来。
“以前想拍城市天际线可不容易，放眼望去灰蒙蒙一片，根本拍不到好照片。现在空气好了，天空蓝得通透，随手一按快门就能拍出‘大片’。”孙涛感慨道。
党的二十大报告要求，坚持精准治污、科学治污、依法治污，持续深入打好蓝天、碧水、净土保卫战。
开年工作第一天，天津市生态环境局就在网站公布了《天津市减污降碳协同增效实施方案》，明确了未来几年污染防治和气候变化应对的重点任务。
天津市生态环境局大气环境处处长王文美介绍：“下一步，我们将持续做优企业环境绩效分级，助推产业提升，科学、精准地降低大气污染物排放强度。同时，进一步强化京津冀及周边地区大气污染联防联控，不断提升科技化指挥调度的能力水平，为老百姓换回更多蓝天。”
广袤乡村承载着人们对田园生活的向往，也是美丽中国建设的重要内容。随着污染防治攻坚战不断向纵深推进，各地着力解决农村的垃圾、污水、厕所等问题，为老百姓留住鸟语花香田园风光。
寒冬时节，记者来到河北省保定市涞水县赵各庄镇福山口村，眼前群山环绕，拒马河蜿蜒流淌。这条河，是福山口村村民、摄影爱好者许增利眼里的“宝地”。
相册里的一张张照片记录着当地生态环境的巨大变化。2022年，许增利拍到了国家一级保护动物——中华秋沙鸭，照片发到朋友圈后，收获了不少网友点赞。
“我拍到这些珍稀水鸟也就近几年的事儿。”许增利翻开一张前些年的旧照片，河岸边全是垃圾，“以前人们习惯把垃圾往河边倒，夏天污水横流、臭气熏天，到秋天大风一刮，垃圾四散。”
许增利往后翻着相册，看着一张文化广场的照片说：“这原来是村里堆垃圾的地方，现在建成了广场，有凉亭有花草，好多人喜欢坐在这看看山水。”随着保定市开展农村人居环境整治，福山口村也行动起来，治理垃圾污水，改善村容村貌。
保定市农业农村局副局长崔文宇表示，目前保定农村生活垃圾基本实现无害化处理，基本实现村庄干净、整洁、有序的目标。“农村人居环境实现‘质变’不容易，要想保持好成果还需要久久为功。”
账本上透视前景：让发展更加绿色
2022年12月21日，山东首单排污权交易在刚刚搭建完成的山东省排污权交易平台上竞价成交。山东三丰新材料有限公司每年7.81吨挥发性有机物排污权被两家企业买走。
“多余的排污权能换成真金白银，我们节能减排的积极性更高了！”公司的一位负责人惊喜地说。
卖方山东三丰新材料有限公司加大废水废气的处理力度，通过对产生的有机废气进行高温分解燃烧，实现废气达标排放，节省出了部分排放指标。买方两家公司需要排污权指标保障项目落地，最终分别以每吨1490元的价格竞得3.594吨、每吨1470元的价格竞得4.216吨排污权。
党的二十大报告提出，完善支持绿色发展的财税、金融、投资、价格政策和标准体系，发展绿色低碳产业，健全资源环境要素市场化配置体系，加快节能降碳先进技术研发和推广应用，倡导绿色消费，推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式。
山东省生态环境厅总量处副处长苏波介绍，山东的排污权有偿使用和交易工作以东营、临沂为试点，开展市域内交易。下一步将探索扩增试点城市范围，并谋划研究全省统一的排污权交易政策体系，有效推动实现环境要素优化配置，为经济社会高质量发展做好支撑。
推动经济社会发展绿色化、低碳化是实现高质量发展的关键环节。农药化肥减量、畜禽粪污综合利用、耕地轮作休耕……如今，农业生产也正在悄然改变。
元旦前后，在安徽巢湖的一级保护区内，大片的农田里生长着正在越冬的紫云英，绿意盎然。
合肥市巢湖市烔炀镇的种粮大户张文建介绍，以前种地都是稻麦轮作或稻油轮作，土壤明显板结，作物产量也越来越低。“我们秋季在田里种植了紫云英，等到4月再翻入土中，能起到改良肥力、调节土壤酸碱度的效果。”
“以前种地至少打四五遍化学农药，现在就封闭除草期和孕穗期各打一遍生物制剂，其他都靠物理防控，稻米的品质更好，自然也不愁销路。”刚刚参加完中化现代农业安徽有限公司巢湖技术服务中心组织的绿色种植培训，张文建也积攒了不少经验。
中化现代农业安徽有限公司为巢湖一级保护区内近6000亩农田提供全产业链服务。公司业务运营部负责人李骏算了算账：“以绿色种植的方式种植优良品种，农民的水稻可以卖到每斤1.7元，加工出的巢湖大米更是卖到每斤7.5元，实现了绿色生态农产品卖出更优价格。”
笑容里展望未来：让人与自然更加和谐
冬日阳光下，鄱阳湖上的晨雾似一层薄纱，笼罩着鸟儿的啼鸣。
江西鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区管理局南山管理站站长李建新露出笑容：“这个冬天数十万只候鸟在湖区越冬。令人惊喜的是，一些珍稀候鸟特别是东方白鹳的数量明显增多了。”
“加快实施重要生态系统保护和修复重大工程”“实施生物多样性保护重大工程”“建立生态产品价值实现机制”……站在人与自然和谐共生的高度谋划发展，党的二十大报告作出一系列部署。2022年12月30日，新修订的野生动物保护法正式表决通过，法律将进一步加强对野生动物栖息地的保护，维护生物多样性和生态平衡。
鄱阳湖是亚洲最大的候鸟越冬地。就在几个月前，李建新他们还在为鸟儿们的越冬栖息忧心忡忡——受旱情影响，鄱阳湖水位明显下降。
保护区管理局会同保护区内的3个村委会、1个红石厂谋划实施“协议管湖”——由管理局提供经费，从退捕渔民中聘请管湖员，争分夺秒控水保水，为迁徙水鸟和原生物种提供优质栖息地。
李建新说：“未来一段时间，我们还要加大巡护力度，清理沉在湖底的废弃渔网渔线，让鸟儿们在鄱阳湖安全过冬。”
绿水青山就是金山银山。刚刚过去的元旦假期，不少游客登上重庆市开州区举子园内的文峰塔，将汉丰湖的一湖景色尽收眼底。正值三峡水库丰水期，偌大的汉丰湖上，不少浅滩已被淹没，形态、颜色各异的植物在水中挺立，形成一片片别具特色的水中林地。
汉丰湖是当地为治理消落带生态环境形成的一片人工湖。开州区在重庆汉丰湖国家湿地公园创新性实施集水质净化、景观美化、水土保持、生物多样性提升等功能于一体的鸟类庇护林、林泽、基塘、滩涂生态保育四级工程。
如今，汉丰湖不仅改善了生态环境，也繁荣了经济业态。依托生态优势，当地建成汉丰湖水上俱乐部等10余个文旅项目。据统计，2022年汉丰湖景区接待游客600余万人次。
“坐在汉丰湖边吹吹风、喝喝茶，惬意得很。”湖边一家农家乐的主人周波笑着告诉记者，他的农家乐观光季每天可接纳100多人，预计今年的生意一定会更红火。
人与青山两不负。新年伊始，神州大地生机勃发，亿万人民用勤劳的双手建设美丽家园，一幅人与自然和谐共生的画卷正在生动铺展。
文字记者：高敬、黄江林、高博、张武岳、水金辰、陈毓珊、李晓婷
视频记者：张南琦、张涛、岳文婷、苏凯洋、邹尚伯、张硕、余国庆、潘志伟、程济安、曹力、陶冶、李晓婷、何春好、毛俊、罗新才(摄制)、牛思佳(报道员)、李采霏(报道员)、罗翀(报道员)、杨成(报道员)、汪喜兵(报道员)、董立厚(报道员)、刘文化(报道员)、陈永松(报道员)、贺宝(报道员)、王磊(报道员)、李雪梅(报道员)、赵海涵(报道员)、关智文(报道员)
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新媒体编辑：姜子炜
(新华社)
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