2022年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)公布現(xiàn)場(chǎng)，屏幕上顯示獎(jiǎng)項(xiàng)得主美國(guó)科學(xué)家卡羅琳·貝爾托齊（左）、卡爾·巴里·夏普利斯（右）和丹麥科學(xué)家莫滕·梅爾達(dá)爾的照片。新華社記者 任鵬飛攝

■記者 許琦敏

昨天，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2022年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家卡羅琳·貝爾托齊、卡爾·巴里·夏普利斯和丹麥科學(xué)家莫滕·梅爾達(dá)爾，以表彰他們?cè)诎l(fā)展點(diǎn)擊化學(xué)和生物正交化學(xué)方面的貢獻(xiàn)。

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三位科學(xué)家通過(guò)各自的研究，創(chuàng)造出了簡(jiǎn)單而有用的方法，將化學(xué)從復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)中解脫出來(lái)，進(jìn)入了化學(xué)反應(yīng)的功能性時(shí)代，從而為人類創(chuàng)造新物質(zhì)推開(kāi)一扇方便之門(mén)。

優(yōu)雅、聰明、新穎、有用，是諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)送給今年化學(xué)獎(jiǎng)的四個(gè)贊美詞。而夏普利斯在2001年第一次獲頒諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)時(shí)也提到了這四個(gè)詞：“優(yōu)雅、聰明、新穎，但最重要的是有用”。

從“合成分子”到“安全帶鎖扣”

1998年前后，夏普利斯就放棄了成就他生命中第一個(gè)諾獎(jiǎng)的不對(duì)稱催化氧化領(lǐng)域，轉(zhuǎn)而投身開(kāi)拓點(diǎn)擊化學(xué)。他認(rèn)為，化學(xué)家需要新思想，來(lái)改變專注于合成分子結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)。

“合成分子是十分昂貴的?！痹谙钠绽箍磥?lái)，執(zhí)著于將分子之間的化學(xué)鍵打開(kāi)再連接，會(huì)導(dǎo)致很多不必要的副反應(yīng)和巨大的損失。他鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)嘗試將一些完整的小分子通過(guò)類似“分子魔術(shù)扣”的部件連接——它們就像汽車安全帶的一對(duì)鎖扣，只需輕輕“click”就能連在一起。

“它們就像在火車站里尋覓彼此的情侶，盡管人山人海，但還是能一眼認(rèn)出彼此，并且十指相扣地緊緊牽手。”▼下轉(zhuǎn)第三版（上接第一版）夏普利斯喜歡用這個(gè)比喻來(lái)形容點(diǎn)擊化學(xué)的高效：如蝴蝶般游蕩在復(fù)雜環(huán)境中的分子，一旦找到配對(duì)分子，就會(huì)如鷹一般俯沖過(guò)去，精準(zhǔn)結(jié)合。

華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授姜雪峰告訴記者，目前點(diǎn)擊化學(xué)已被廣泛使用在新材料的合成中。這種具有巨大潛力的功能性綠色化學(xué)，通過(guò)結(jié)合簡(jiǎn)單的化學(xué)構(gòu)件，可以創(chuàng)造出幾乎無(wú)窮無(wú)盡的分子。

幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)了“一顆明珠”

本世紀(jì)初，丹麥哥本哈根大學(xué)教授莫滕·梅爾達(dá)爾構(gòu)建了巨大的化合物庫(kù)，希望從中篩選到潛在新藥分子。在一次化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，他意外發(fā)現(xiàn)，在加入銅離子后，炔烴與?；u化物分子并沒(méi)有按正常預(yù)想反應(yīng)，而是形成了一個(gè)非常穩(wěn)定的三唑環(huán)形結(jié)構(gòu)。

莫滕很快意識(shí)到這一反應(yīng)的特殊性，在2001年6月的一次學(xué)術(shù)研討會(huì)上首次介紹了他的發(fā)現(xiàn)，并于2002年發(fā)表了論文，表明該反應(yīng)可用于將許多不同分子快速而有效地扣在一起。

幾乎與莫滕同時(shí)，夏普利斯也發(fā)表了一篇關(guān)于銅催化的疊氮化合物與炔烴之間反應(yīng)的論文，并指出這一反應(yīng)可在水中可靠地進(jìn)行?！斑@就是一個(gè)理想的點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)?！毕钠绽箘偺岢鲞@一觀點(diǎn)時(shí)，很多人認(rèn)為他瘋了，但現(xiàn)在大家不得不承認(rèn)他是對(duì)的。

這個(gè)銅催化的疊氮—炔環(huán)化，正是點(diǎn)擊化學(xué)皇冠上的明珠——讓分子click的“魔術(shù)扣”。此后，化學(xué)家們不斷對(duì)“分子魔術(shù)扣”進(jìn)行優(yōu)化，讓它可以安裝到盡可能多的有機(jī)分子上。

2019年10月，英國(guó)《自然》雜志刊登夏普利斯的中國(guó)弟子、時(shí)任中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所研究員董佳家課題組的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)：他們找到了一種極其高效、高通量的合成“分子魔術(shù)扣—疊氮官能團(tuán)”的方法，只需在室溫下，無(wú)需催化劑，即使?jié)舛确浅５?，也能立即發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，從而突破了原先的瓶頸。

“點(diǎn)擊化學(xué)”照亮生命世界

與莫滕、夏普利斯不同，貝爾托齊的視角更偏向生命科學(xué)，她在研究一種與免疫相關(guān)的糖類。在生物體內(nèi)，糖的結(jié)構(gòu)之復(fù)雜更甚于蛋白質(zhì)。由于缺乏工具，她的研究極為耗時(shí)費(fèi)力。

在一次學(xué)術(shù)會(huì)議上，貝爾托齊受到一個(gè)報(bào)告的啟發(fā)，開(kāi)始思考為細(xì)胞中的蛋白質(zhì)分子安裝帶有熒光分子的化學(xué)手柄。這個(gè)化學(xué)手柄必須“忠于職守”，對(duì)其他細(xì)胞內(nèi)分子“目不斜視”。

1997年，她證明了自己的想法，并于2000年找到了理想中的“最佳化學(xué)手柄”——一個(gè)疊氮化物。這與點(diǎn)擊化學(xué)的“分子魔術(shù)扣”不謀而合。

然而，對(duì)于生命體而言，銅離子是有毒的。于是，貝爾托齊深入挖掘文獻(xiàn)，找到了一種不需要銅催化，就能使疊氮化物與帶有環(huán)張力的炔“爆炸式結(jié)合”的方式。這即是生命正交反應(yīng)，指在生命體內(nèi)高效進(jìn)行的反應(yīng)，它們與生命中天然的化學(xué)反應(yīng)彼此交叉但不互相影響。2004年，她發(fā)表了無(wú)銅點(diǎn)擊反應(yīng)，并用它來(lái)追蹤生命體內(nèi)糖分子的蹤跡。

“貝爾托齊的發(fā)現(xiàn)，讓化學(xué)與生命之間建立起了有效橋梁?！苯┓逭f(shuō)，科學(xué)家已開(kāi)始用這種方法開(kāi)發(fā)針對(duì)系列疾病的精準(zhǔn)、靶向、緩釋、示蹤、多功能、高集成等多樣化功能分子庫(kù)。

關(guān)鍵詞： 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 化學(xué)反應(yīng) 它們就像 分子結(jié)構(gòu) 疊氮化物