点击化学和生物正交性赢得2022年诺贝尔化学奖

获胜者之一巴里·夏普莱斯博士现在是历史上第五个两次赢得诺贝尔的人。

HARD SCIENCE — OCTOBER 7, 2022

Tom Hartsfield

Credit: Terry Vlisidis / Unsplash

关键要点

点击化学是一个被捏造来描述一套像一个有机分子一样魅力工作的简单的、干净的、高度有利的反应的术语。以生物正交的形式，它允许研究人员来在活细胞中添加跟踪分子不用干扰或伤害它们。这是独眼的先驱巴里·夏普莱斯博士获得的第二个诺贝尔化学奖。

2022年诺贝尔化学奖已经为两个相关的进展被授予巴里夏普莱斯博士、莫滕梅尔达尔和卡罗琳贝尔托齐。今年的第一个获奖发现带有一个引人注目的绰号：点击化学。另一个是更有点拗口的生物正交性。这两种技术与去年的获奖者不对称有机催化共享一些相似性。即它们是有机合成方法，被设计来帮助研究关于构成活有机体、药物、农业化学品和聚合物分子。

点击化学是一组简单反应的一个简单名称

点击化学概念的核心是对与有机分子一起工作是极端理想的一小组反应的培养。夏普莱斯在他2001年的著名论文中描述了它们：

“反应必须是模块化的，很宽的范围，有非常高的产量，只产生无害能被非色谱方法去除的副产物，并且是立体定向性的（但不一定是对映选择性的）。所要求的工艺特征包括简单的反应条件（理想情况下工艺对氧和水是不敏感的）、容易获得的起始材料和试剂、不使用溶剂或良性溶剂（如水）或容易去除以及简单的产品分离”。

更简单的，一般的反应：能被以相同的方式在一系列目标分子上进行，在许多条件下是高效和容易来执行的，不产生肮脏的或难以分离的副产物，只要求简单和温和的溶液。他进一步指出，非常高的热力学有利性被需要来驱动这种反应。这将造成它们的彻底的快的可靠的来生产一个单一产品；这些反应是“弹簧加载的”。

目标是来组装一小组简单的、高效的、可靠的、干净的能被在大多数条件下用的反应。点击化学然后允许通过结合主要标准成分之间仅的少数优秀反应创造广泛的化合物。夏普莱斯在另一篇论文中指出，他的灵感来自大自然怎样用一小组的反应仅用20种氨基酸建立所有我们体内的蛋白质。

随夏普莱斯正在定义这个概念，他和梅尔达尔独立的发现了并发表了已知的最大的点击化学反应，铜催化的叠氮烷烃环加成反应。梅尔达尔在后来的一篇论文中以极度的细节描述这些科学细节。它允许一个有一些有用功能的外部分子被抓进在一个有机分子上的地方。附着的外部分子能允许合成一系列新的药物，通过选择性的反射光（一种染料）或发射它（一种荧光团）创造一个分子跟踪信标，或者通过与聚合物分子结合修改细胞成分。

这些技术已经在其他化学领域找到了用途。化学家沃尔夫冈·宾德写了评论文章------同行评议的科学报告，寻求来总结大量的工作而不是报告一个单一的进展------描述点击化学怎样已经有利于聚合物和表面化学。它有助于连接各种聚合物和类似的链状分子而不管环境，有极端高的可靠性和精确的结果------某些在以前是不常见的东西。

生物正交性是一个简单概念的深奥名称

贝尔托齐创造了“生物正交性”这个术语，一个将生物（逻辑的）前缀到正交性的困难的词。正交性是两个对象之间的一种数学/物理关系：完全独立性。这是一个对更常见的术语垂直的更高维度的类比。正方形桌子的顶部与腿正交。空时的每一个维度都与其他维度正交。在更松散的使用中，一个孩子的兴趣可以被描述为与西兰花正交。

生物正交性描述能在活体内发生的反应，活体是一个指活的生物细胞内部的拉丁语术语，完全的垂直于它们的功能。这种反应不破坏、加强或实在的干扰一个细胞的生命过程。贝尔托齐在她自己的一篇著名的综述论文中描述了这一点。她做出了这一领域首要的发现：最著名的点击化学反应的另一种（生物正交）形式。这个版本去除对活细胞是有毒的铜催化剂。这允许点击化学来添加发光标记来跟踪活组织中的过程，产生这些美丽的植物中的细胞结构和小鼠中肿瘤细胞结构的研究图像。

诺贝尔奖得主是和我们一样又不像我们一样

夏普莱斯是一个既非凡又正常的角色。这是他第二次获得诺贝尔科学奖，把他放在只有玛丽·居里、莱纳斯·鲍林、约翰·巴丁和弗雷德里克·桑格罕见的成员位置中。然而，在1970年在麻省理工学院化学实验室的一次人类脆弱中的一个时刻，他失去了一只眼睛，几乎失去了另一只眼睛。他之后写道，他学会在任何时候都不要在实验室里摘下安全眼镜。虽然去年的一位诺贝尔奖得主指出甚至多才华横溢的科学家也像我们其他人一样挣扎，但夏普莱斯当他吹嘘他的摄影记忆时展示他们能是多不同的。那不是很好吗。你能在这里进一步阅读一些关于获奖者的个人轶事。

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