諾獎解讀｜什么是點擊化學和生物正交化學反應

因在點擊化學和生物正交化學研究方面的貢獻，美國化學家卡羅琳·貝爾托西（Carolyn R. Bertozzi）、丹麥化學家摩頓·梅爾達爾（Morten Meldal）和美國化學家卡爾·巴里·夏普利斯（K. Barry Sharpless）榮獲2022年諾貝爾化學獎。

什么是點擊化學？

據中國科學院學部官網信息，點擊化學是由夏普利斯在1998年初步提出，并在其后逐步完善的一個合成概念。它的核心理念是：合成化學要以分子功能為導向，通過小單元的簡便拼接，快速可靠地完成各種各樣分子的化學合成。

基于點擊化學的概念，夏普利斯團隊分別在2002年、2014年發現了兩個最具代表性的反應：一價銅離子催化的疊氮化物-端炔烴環加成反應（CuAAC）和六價硫氟交換反應（SuFEx）。

一價銅離子催化的疊氮化物-端炔烴環加成反應（CuAAC）

點擊化學是目前最為有用和引人注目的合成理念之一，極大地促進了材料化學、化學生物學、藥物化學、超分子化學等領域的發展。

由于夏普利斯在不對稱催化、特別是點擊化學方面的突出貢獻，2019年度美國化學會授予普里斯特利獎章，該獎章是美國化學學會所授予的最高榮譽。

中國科學院學部官網前述信息稱，三十多年來，夏普利斯與中國科學家保持著密切的交流，與中國高校和科研院所保持著深入的合作，一直關注和支持中國化學事業的發展，與幾代中國有機化學家建立了深厚的友誼，并為中國培養了一批優秀人才。特別是自2016年以來，夏普利斯教授與中國科學院上海有機化學研究所簽署了特聘教授協議，并建立了獨立的“點擊化學”實驗室，開展獨具特色的有機氟點擊化學研究。短短三年時間，其團隊已在疊氮分子快速合成方面取得了突破性的進展。

鑒于夏普利斯為推動中國化學界和國際的合作所做出的重要貢獻，2017年，他被授予 “中國化學會榮譽會士”稱號。

生物正交化學照亮細胞。它不會破壞細胞的正常化學反應。

諾獎官網資料稱，美國化學家卡羅琳·貝爾托西將點擊化學提升到了一個新的維度，并開始在活的生命體中使用，不會破壞細胞的正常化學反應。生物正交化學照亮細胞。

什么是生物正交化學？

北京分子科學國家研究中心、北京大學化學與分子工程學院副教授樊新元等人2021年發表《化學學報》上的論文介紹，生物正交化學反應是指能夠在生物體系中進行、且不會與天然生物化學過程相互干擾的一類化學反應。

10月5日，卡羅琳·貝爾托西獲得諾貝爾化學獎后的自拍照片

2000年，卡羅琳·貝爾托西課題組基于Staudinger還原反應，而開發出Staudinger偶聯反應, 即疊氮-膦基酯反應, 并將其用于細胞表面的化學修飾.。自此逐漸開啟了生物正交反應的研究熱潮。

初期的生物正交反應主要是指偶聯反應, 用于在生物體復雜環境中對目標生物分子進行標記、示蹤、富集或修飾改造等。

經過十多年的發展, 十余種用于活細胞中的生物正交反應被發現或者開發，這些反應在活細胞成像、生物組學分析、疾病診斷、藥物開發等研究中發揮了重要作用, 展現出了巨大潛力。

2022年諾貝爾化學獎獲得者：美國化學家卡羅琳·貝爾托西（Carolyn R. Bertozzi）、丹麥化學家摩頓·梅爾達爾（Morten Meldal）和美國化學家卡爾·巴里·夏普利斯（K. Barry Sharpless）

該論文稱，生物正交化學反應的出現，為科學家對生命進程的原位研究帶來了革命性的技術, 已經成為化學生物學這一新興交叉領域的核心方向之一。自這一概念提出的近二十年里, 生物正交化學經歷了反應類型由單一的“偶聯反應”向成鍵偶聯、斷鍵剪切反應并重, 應用場景由簡單的活細胞體系向更為復雜的生物活體升級的一系列發展歷程。同時, 在生命科學研究、醫藥研發、臨床診療等多個領域展示出了廣闊的應用前景。