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.
【中国这十年·焦点面对面】共筑全球新“气候”，中国从未缺席******
中新社北京10月14日电 题：共筑全球新“气候”，中国从未缺席
——专访国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅
中新社记者 李金磊 彭大伟
“要么一同采取行动，要么一起自杀。”今年夏季，面对极端天气频发，联合国秘书长古特雷斯发出警告。
洪水、干旱、极端风暴和野火，异常的气候变化让人类面临严峻考验，全球气候治理面临巨大的威胁和挑战。
资料图：拉马乡鲁南山风电场。李益民 摄“人类燃烧化石能源排放的温室气体产生温室效应，导致全球温度上升，升温又带来了地球表面各个圈层的一些变化，比如冰川融化、海平面上升、极端天气气候事件发生的频率和强度增加并产生相关的粮食生产、能源安全等风险。”国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅日前在接受中新社“中国焦点面对面”专访时说。
“我们必须要加速采取行动来拯救人类自身。”王毅表示，从《联合国气候变化框架公约》到《京都议定书》，再到《巴黎协定》以及去年通过的《格拉斯哥气候协议》，人类必须要采取统一的行动来共同应对气候变化，减少温室气体排放。
在应对气候变化、推动全球气候治理过程中，中国根据自身的能力不断更新、提升目标，从“十一五”时期提出节能减排约束性指标，到“十二五”时期提出“国家自主贡献”，再到2020年提出“双碳”(碳达峰与碳中和)承诺，有力推动了全球应对气候变化的进程。
十年来，中国“逐绿而行”，坚定不移走生态优先、绿色低碳发展道路，取得显著成效，一个“只此青绿”的中国展现在世界面前。
这十年，中国稳步推进能源结构调整，风电、光伏装机量、发电量均居世界第一，新能源汽车产销量居全球之首。
中国严格控制二氧化碳排放，2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年降低48.4%，同时建立了全国碳市场机制，成为全球覆盖温室气体排放量最大的碳市场。
同时，中国不断提高生态系统碳汇能力，是世界森林密度增长最多和人工造林面积最大的国家，全国增绿面积占全球四分之一。
“过去十年，中国以年均3%的能源消费增速支撑了年均6.6%的经济增长率，发展中国家的经济增长与能源增长并未脱钩，但是中国以更少的能源支撑了经济增长。”王毅表示，一方面控制化石能源的消费，另一方面转变能源结构，中国在一些重要的产业特别是可再生能源设备、动力电池制造等领域具有明显优势，在全球碳减排上发挥了重要作用。
当前，全球气候治理正受到全球疫情、经济低迷、能源和粮食危机、地缘竞争，以及一些国家气候政策“回摆”等多重挑战。
王毅认为，发达国家应加速自己的行动，同时也要资助发展中国家并为其留出更大的发展空间，而不是“忽悠”发展中国家作出不切实际的减排承诺。在复苏和应对过程中，要找到一条推进高质量公正转型的路线，以更加节能和可持续的非化石能源的增长来减少二氧化碳排放，同时提高适应能力，来弥补在减缓、适应、技术、资金、领导力等方面的赤字，共同推进全球应对气候变化。(完)
国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅(右)日前在北京接受中新社“中国焦点面对面”专访。中新社记者 蒋启明 摄访谈实录摘编如下：
中新社记者：世界气象组织近期发布《团结在科学之中》报告。报告警告称：人类正朝着错误的方向前进。如果不采取更加雄心勃勃的行动，气候变化的自然和社会经济影响将越来越具破坏性。为什么全球极端天气频发？人类应对气候变化面临着哪些挑战？
王毅：世界气象组织的报告揭示了人类的行动跟目标之间相距甚远，特别是要实现升温在1.5℃之内，现在的行动是远远不够的，甚至说要增加七倍的努力，这是一个巨大的差距。
气候变化首先是一个科学问题，人类燃烧化石能源排放温室气体所产生的温室效应，导致全球温度上升，升温又带来了地球表面各个圈层的一些变化，比如冰川融化、海平面上升、极端天气气候事件发生的频率和强度增加，并产生相关的粮食生产、能源安全等风险，严重影响人类的生存与发展，所以我们必须要加速采取行动来拯救人类自身。
从《联合国气候变化框架公约》到《京都议定书》，再到《巴黎协定》以及去年通过的《格拉斯哥气候协议》，人类必须要采取统一的行动来共同应对气候变化，以减少燃烧化石能源造成的温室气体排放。
应对气候变化主要有两方面工作，一方面是减缓，就是要减少化石能源的消耗或者依赖，同时要增加生态系统碳汇，开发和利用碳捕获与封存(CCS)技术。另外一方面是适应，地球的地表温度还在上升，我们要适应这种变化，同样也要采取更多行动来做这项工作。
江苏常州“渔光互补”光伏发电，实现经济效益和生态效益双丰收。泱波 摄中新社记者：中国为推动全球气候治理做出了哪些贡献？
王毅：在国际层面，中国推动气候多边进程，并促进一系列国际气候规则的达成。在国内层面，中国在“十一五”时期提出节能减排约束性指标，“十二五”时期提出中国的“国家自主贡献”，2020年提出“双碳”承诺，都有力推动了全球应对气候变化的进程。中国根据自身的能力，不断在更新、提升目标，一步一步往前推进，做出积极而具有引领性的贡献。
中国现在已经是最大的发展中国家，也是世界第二大经济体，一方面需要与各国合作采取行动，同时也在帮助其他发展中国家应对气候变化以及实现可持续发展目标。
过去十年，中国以年均3%的能源消费增速支撑了年均6.6%的经济增长率，实际上发展中国家的经济增长与能源增长并没有脱钩，但是中国以更少的能源消耗来支撑经济增长。
同时，可再生能源发展非常迅速，我国可再生能源发电累计装机已经接近11亿千瓦，已占全部电力装机的44.8%，2021年可再生能源发电量将近2.5万亿千瓦时，相当于总发电量的约30%。一方面控制化石能源的消费，另一方面转变能源结构，更多去依靠可再生能源和新能源，减少由于能源的增长所带来的温室气体排放。中国在一些重要的产业上特别是可再生能源设备、动力电池制造等领域具有明显优势，在全球碳减排中发挥了重要作用。
国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅日前在北京接受中新社“中国焦点面对面”专访。中新社记者 蒋启明 摄中新社记者：中国驻欧盟使团临时代办王红坚近日表示，绿色合作不可能在真空中推进，不可能一面搞地缘对抗，一面要求别人无条件合作。该如何破解这种困境？
王毅：应对气候变化是一个系统工程，涉及到整个经济社会系统性变革。在地缘政治竞争加剧下，零和博弈的做法是不可取的，应对气候变化合作仍然是基础。
发达国家首先要提高自己的力度，也要资助发展中国家并为其留出更大的发展空间，而不是“忽悠”发展中国家(作出不切实际的减排承诺)。各国要以更加节能和可持续的非化石能源的增长来减少二氧化碳排放，同时提高适应能力，弥补在减缓、适应、技术、资金、领导力等方面的赤字，共同推进全球应对气候变化，把安全、气候保护、经济复苏和增长统筹起来，这很重要。
乌克兰危机、新冠疫情以及通货膨胀等很多非气候因素跟气候问题交织在一起，怎么更好去统筹处理这些问题，也需要我们做更多的研究，采取更加务实的行动。
同时，竞争也是不可避免的，特别是在技术领域，要通过竞争来促进创新，通过竞争来降低成本，但合作是主流，所以应该把握合作的各种机会，同时也要为竞争做好准备。
中新社记者：气候变化是超越国家、超越意识形态的全球性挑战，但是近年来，个别国家在国际合作中表现出气候单边主义倾向，对国际气候条约合则用、不合则弃，给全球气候治理合作带来严重阻碍。该如何克服气候单边主义倾向，促进开展务实的合作和行动？
王毅：气候单边主义有两种倾向，一是不合作，不承认气候变化的事实，就像美国特朗普政府退出了《巴黎协定》，采取了不合作的态度，影响了全球合作和应对气候变化多边进程。
二是不尊重现在的多边规则。很多发达国家只是单纯要其他国家提高目标，要更有雄心，更有力度，但是忽视了这些国家的转型路径和替代方案。
中国同意不断减少化石能源消费、更多利用可再生能源，但是需要一个公正、安全、平稳的转型。这一年来，欧洲经历了乌克兰危机，也经历了能源紧张，说明我们仍然需要一个更科学合理的路径、更明确的替代方案来实现目标。
我们要防止单边主义，走多边主义的基本路径，需要加强交流和沟通，必须要促进双边、多边的交流合作来增信释疑。
中国一定要坚定方向，保持力度和节奏，同时要通过国际传播来讲好中国故事，跟其他国家分享“双碳”的实践、经验、技术，帮助其他发展中国家实现绿色低碳转型和可持续发展。
白鹤滩水电站。东方电气供图中新社记者：“共同但有区别的责任”原则是维护全球气候治理公平正义的基石。但是当前一些发达国家却通过建立“碳边境调节机制(CBAM，俗称碳关税)”等方式向发展中国家转移排放责任、转嫁减排成本，试图无形中消解这一基石。如何看待这种现象？
王毅：对此要有全面的认识，欧盟拟单边采取的“碳边境调节机制”不符合“共同但有区别的责任”原则，同时是否破坏现有的一些多边规则也需要关注。例如，欧盟国家声称CBAM没有破坏WTO规则，但是WTO关注的是自由贸易和投资便利化，相关环境条款的规定不清晰，对有关环境产品的认定一直没有实质进展，也未达成环境产品减税的协议，导致一些国家借此设立各种“绿色贸易壁垒”。所以，欧盟国家的做法存疑。
在乌克兰危机和通货膨胀背景下，能源价格高涨，“碳边境调节机制”的很多政策环境也发生了很大变化，需要我们综合研判和应对，但最核心的就是加速转型。
中国在可再生能源设备制造、动力电池及电动汽车方面有很多优势，只要坚持方向，实现系统性的变革，把整个产业结构、能源结构、生产生活方式、贸易方式向绿色低碳转变，比别人转得更快，就有望化解相关的政策挑战。
中新社记者：《联合国气候变化框架公约》第27次缔约方大会(COP27)即将在埃及举行。当前全球气候治理正受到全球疫情、经济低迷、能源和粮食危机，以及一些国家气候政策“回摆”等多重挑战，中方如何保持定力，推动气候多边进程持续取得进展？
王毅：中国气候变化事务特使解振华多次表示，COP27首先应该是一个落实和行动的大会。
要把《巴黎协定》《格拉斯哥气候协议》的各项规定落实下来，但现在有一些重要的缺口，比如说适应问题、资金问题，发达国家提出的到2020年到达1000亿美元资金的支持仍未落实。
雄心目标同务实行动必须要保持平衡。在乌克兰危机、通货膨胀影响能源和粮食安全的形势下，一些国家气候政策短期“回摆”可以理解，但在恢复的过程中必须要考虑构建未来净零排放或碳中和的新格局。
各国一方面要更好去应对现有的一些短期问题，同时在复苏和应对挑战过程中找到一条公正转型的路径。大家要一起努力，才可能弥补差距并且减少可能出现的风险和危机。各国一起把步子走稳走实走好了，才能共同迈向低碳可持续的未来。
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