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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.

数字产业集群千帆竞发******

工作人员在安徽省合肥市的中国声谷体验中心介绍一款智慧医疗产品。

新华社记者 张端 摄

　　党的二十大报告提出，加快发展数字经济，促进数字经济和实体经济深度融合，打造具有国际竞争力的数字产业集群。近几年，中国数字产业集群发展迅速，多地开展积极探索。深圳市新一代信息通信集群、无锡市物联网集群、合肥市智能语音集群、杭州市数字安防集群……在工信部日前公布的45个国家先进制造业集群名单中，多个新一代信息技术领域的产业集群上榜。

　　地方数字经济有“个性”

　　技术人员在键盘上敲入代码指令，多辆载重约10吨的无人驾驶智能网联货车就能在码头、集散中心、企业仓库之间进行自动装载和卸货——在江苏省无锡市，物联网技术为企业带来了极大的便利。

　　类似的场景在无锡比比皆是：无人驾驶智能清扫车在街道穿梭工作，综合性气象探测仪感知着天气的细微变化，快递包裹在双层交叉带分拣设备上被快速扫描分拣……这背后，是无锡市物联网产业集群的飞速发展。

　　统计数据显示，目前无锡集聚物联网相关领域企业超3000家，涵盖关联芯片、感知设备、网络通信、智能硬件、应用服务等全产业链条，形成了以物联网为核心的数字产业集群。2021年，无锡物联网产业规模超过3500亿元，占江苏省的1/2、全国的近1/4。

　　工信部相关负责人指出，数字产业集群是以新发展理念为引领，从事数字产品制造、数字产品服务、数字技术应用、数字要素驱动的企业主体及其相关机构等组成的具有较强核心竞争力的企业集群。

　　如今，多地数字产业集群加快形成，且各具特色和优势。在安徽省合肥市，智能语音集群以科大讯飞等为龙头，2021年实现营收1378亿元、入园企业达1423家，连续5年产值、企业数量增长率均超过30%。在浙江省杭州市，数字安防集群带动全市4322家相关企业，2021年核心产业实现营收2720.8亿元，同比增长17.2%。

　　中国电子信息产业发展研究院日前发布《2022中国数字经济发展研究报告》称，基于资源禀赋抢占数字经济核心产业，再围绕产业名片打造市场和生态，是诸多城市发展数字经济的重要路径。例如，成都的电子信息产业、贵阳的大数据产业、武汉的通信产业等“个性化”鲜明。

　　“集聚效应”看得见

　　走进位于广东省佛山市数字经济创新产业集聚区的安德里茨（中国）有限公司，生产车间内二维码、条形码和数字显示屏随处可见，员工扫码打卡即可完成个人数据收集。车间主任或者班组长在屏幕前就能实时精确掌握产品缺陷、工序产出、设备效能、工人效率等信息。该公司相关负责人介绍，在全流程管理系统赋能下，企业实现了从订单到交货的全流程数字管理，该工厂也成功入选佛山市数字化智能化示范工厂。

　　记者了解到，总面积20.89平方公里的佛山数字经济创新产业集聚区内一片火热，一批优质数字经济项目涌现，为佛山数字经济发展助力。

　　专家指出，中国数字经济持续多年的飞速发展，为打造数字产业集群提供了良好基础。数字产业集群可以发挥专业化分工、产业间协同合作效应，有效降低创新和交易成本，优化配置并促进生产要素合理流动，在推动数字产业内互联互通、融合发展的同时，有力促进数字经济与实体经济深度融合。

　　中国信息通信研究院日前发布的《全球数字经济白皮书（2022年）》显示，2021年，中国数字经济规模为7.1万亿美元，位居全球第二。据统计，工业互联网目前已全面融入45个国民经济大类，产业规模迈过万亿元大关。

　　顺应数字经济发展大势，许多地区积极构建数字产业集群。北京市朝阳区重点建设人工智能、集成电路、工业互联网、网络与信息安全、空间地理信息五大特色产业集群，目前全区共建成5G基站4889个，落地建设国家工业互联网大数据中心等创新平台。广东省广州市白云区以“龙头企业+产业生态”的思路，推动白云湖数字科技城建设，目前该科技城已涵盖新一代信息技术、人工智能、电子竞技、商业服务等产业，总投资额超200亿元，数字科创产业集聚效应初步显现。

　　龙头企业来带动

　　5G、集成电路、新型显示、人工智能……今年8月，深圳市新一代信息通信产业集群展亮相第十届中国电子信息博览会，聚焦新一代信息通信产业及细分领域的关联产业，集中展示相关数字产品及应用。

　　“新一代电子信息产业已经成为支撑深圳市工业经济发展的主导力量，对拉动有效投资、促进信息消费和助力制造业数字化转型发挥着极强的带动作用。”深圳市新一代信息通信产业集群负责人毕亚雷表示。深圳市新一代信息通信产业集群集聚了华为、中兴、比亚迪等龙头企业，2021年该产业总产值达到2.38万亿元，约占全国的1/6。

　　业内人士认为，建立和发展数字产业集群的最佳途径，就是让一批现有的互联网公司充分利用大数据优势，利用算力、算法转型升级，成为挖掘数字“钻石矿”的“掘进机”，成为挺进“数字蓝海”的“巡洋舰”，成为数字经济中的市场主体。

　　在近日举行的2022年数字经济健康发展全国深度行·深圳站活动中，针对“如何打造具有国际竞争力的数字产业集群”，工业和信息化部信息技术发展司数字经济推进处处长张建伦提出三点建议：一是全面奠定数字经济健康发展的基础，包括网络基础设施建设、数字化转型推进及数字化治理能力提升等；二是准确把握数字经济健康发展新形势、新要求；三是全力推动数字经济健康发展，包括推动产业数字化、数字产业化转型升级等。

　　中国电子信息产业发展研究院信息化与软件产业研究所数字化转型研究室主任高婴劢表示，目前数字产业集群建设热度高，下一步需加快5G、集成电路、工业软件等代表国家战略方向、创新密度高、市场潜力大的产业集群化发展，增强本土产业链供应链竞争力，形成全局带动效应；同时鼓励云计算、大数据、工业互联网、人工智能等新兴产业集群化发展，通过规模集聚、优势互补，促进数字产业高速成长。（人民日报海外版记者 李嘉宝）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）