化学诺奖课题内容（点击化学和生物正交化学是研究什么）

化学诺奖课题内容（点击化学和生物正交化学是研究什么）如何才能化繁为简？长期以来，化学家们一直致力于构建更新颖、复杂的有机分子。然而，传统有机合成方法不但步骤繁琐、耗时耗力，而且生产成本非常高。化繁为简应用广泛的点击化学对化学反应而言，简单、实用是其最大的美德。

北京时间10月5日下午，2022年诺贝尔化学奖揭晓。美国化学家卡罗琳·贝尔托西（Carolyn R. Bertozzi）、丹麦化学家摩顿·梅尔达尔（Morten Meldal）和美国化学家卡尔·巴里·夏普利斯（K. Barry Sharpless）获奖，以表彰他们在点击化学和生物正交化学研究方面的贡献。

值得一提的是，这是夏普利斯第二次获得诺贝尔化学奖。

点击化学和生物正交化学究竟是研究什么的？相关研究有何意义？天目新闻记者采访了浙江大学药学院院长顾臻。

2022年诺贝尔化学奖获得者：美国化学家卡罗琳·贝尔托西（Carolyn R. Bertozzi）、丹麦化学家摩顿·梅尔达尔（Morten Meldal）和美国化学家卡尔·巴里·夏普利斯（K. Barry Sharpless） 图源：诺贝尔奖官网

化繁为简

应用广泛的点击化学

对化学反应而言，简单、实用是其最大的美德。

长期以来，化学家们一直致力于构建更新颖、复杂的有机分子。然而，传统有机合成方法不但步骤繁琐、耗时耗力，而且生产成本非常高。

如何才能化繁为简？

21世纪之交，美国化学家夏普利斯初步提出了“点击化学”这个概念。这是一种强调以碳-杂原子键键合的方式进行化学合成的新方法，具有简单可靠、反应迅速、适用性广、能避免产生不必要的副产品等优点。

核酸、蛋白质、多糖等，都是由小型分子通过碳-杂原子键拼接起来的。借助点击化学，科学家们可以高效地合成许多结构复杂的有机大分子。

“点击化学的选择性非常高。如同搭积木一样，两块积木可以通过合适的接口完成拼接，点击化学就好比把两种含有特别接口的分子速配紧锁在一起，而且反应条件简单温和、产率高、副产物少。”顾臻解释道。

随着研究的深入，丹麦化学家梅尔达尔和夏普利斯又分别发现了铜催化末端炔烃与叠氮化物的环加成反应。21世纪初，梅尔达尔和同事进行一次常规实验时，意想不到的事情发生了。炔烃与酰卤分子的错误末端发生了反应，叠氮化物和炔一起形成了环状结构。不仅如此，这种反应还能将不同分子连接起来，在水中也有效且可靠，堪称理想的点击化学反应。

“他们所做的工作非常具有创新性、前瞻性，也得到了广泛的应用。我想诺奖颁发给他们实至名归。”顾臻说。

点击化学概念图 图源：诺贝尔奖官网

追踪聚糖

照亮细胞的生物正交化学

如果说梅尔达尔和夏普利斯是点击化学这门学科的开创性科学家，美国化学家贝尔托西则将点击化学提升到了一个新维度。

20世纪90年代，生物化学与分子生物学获得飞速发展。利用分子生物学的新方法，全球科学家通过基因编辑蛋白质，与绿色荧光蛋白质或其变体结合。绿色荧光蛋白质会在光线的激发下发出绿色荧光，科学家们通过追踪绿色荧光蛋白质，就能绘制出基因和蛋白质图谱，进而了解细胞是如何工作的。

然而，聚糖这组分子能够吸引免疫细胞到淋巴结，干扰性大，难以使用分子生物学的新工具进行研究。在一次研讨会上，贝尔托西从一位德国科学家那里获得灵感，她开始思考借助点击化学反应，在细胞中追踪聚糖。

经过多年的尝试，贝尔托西开发出了“生物正交化学”方法。她通过选择性修饰，在两个小分子间搭建一座“桥梁”，将荧光分子连接到细胞聚糖的叠氮化物上。这种方法能在生物体系中进行、且不会与天然生物化学过程相互干扰，帮助科研人员成功绘制出了聚糖的细胞图谱。

目前，这些生物正交化学反应已在全球范围内用于探索细胞和跟踪生物过程。基于生物正交反应，研究人员可以改进抗癌药物的靶向性和安全性，为癌症患者创造新的药物和疗法。

“比如我们把药物连到血小板等细胞上面，可以利用细胞的靶向性，使得药物在病灶处富集；也可以使得一些药物特异性地再在肿瘤里激活。”顾臻解释，“相较于传统疗法，这种方式既能增加有效性，又能降低毒副作用。目前已有不少基于点击化学和生物正交化学技术的药物处于临床试验阶段，应用前景广阔。”

可以说，点击化学和生物正交反应已把化学带入了功能化学时代，未来，它们将持续为人类创造更大的价值。