2022年諾貝爾化學(xué)獎公布現(xiàn)場，屏幕上顯示獎項得主美國科學(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)獎授予美國科學(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，以表彰他們在發(fā)展點擊化學(xué)和生物正交化學(xué)方面的貢獻(xiàn)。

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三位科學(xué)家通過各自的研究，創(chuàng)造出了簡單而有用的方法，將化學(xué)從復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)中解脫出來，進(jìn)入了化學(xué)反應(yīng)的功能性時代，從而為人類創(chuàng)造新物質(zhì)推開一扇方便之門。

優(yōu)雅、聰明、新穎、有用，是諾貝爾獎委員會送給今年化學(xué)獎的四個贊美詞。而夏普利斯在2001年第一次獲頒諾貝爾化學(xué)獎時也提到了這四個詞：“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諾獎的不對稱催化氧化領(lǐng)域，轉(zhuǎn)而投身開拓點擊化學(xué)。他認(rèn)為，化學(xué)家需要新思想，來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。”在夏普利斯看來，執(zhí)著于將分子之間的化學(xué)鍵打開再連接，會導(dǎo)致很多不必要的副反應(yīng)和巨大的損失。他鼓勵團隊嘗試將一些完整的小分子通過類似“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比喻來形容點擊化學(xué)的高效：如蝴蝶般游蕩在復(fù)雜環(huán)境中的分子，一旦找到配對分子，就會如鷹一般俯沖過去，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)，通過結(jié)合簡單的化學(xué)構(gòu)件，可以創(chuàng)造出幾乎無窮無盡的分子。

幾乎同時發(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，希望從中篩選到潛在新藥分子。在一次化學(xué)實驗中，他意外發(fā)現(xiàn)，在加入銅離子后，炔烴與酰基鹵化物分子并沒有按正常預(yù)想反應(yīng)，而是形成了一個非常穩(wěn)定的三唑環(huán)形結(jié)構(gòu)。

莫滕很快意識到這一反應(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，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。“這就是一個理想的點擊化學(xué)反應(yīng)。”夏普利斯剛提出這一觀點時，很多人認(rèn)為他瘋了，但現(xiàn)在大家不得不承認(rèn)他是對的。

這個銅催化的疊氮—炔環(huán)化，正是點擊化學(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“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分子上。

2019年10月，英國《自然》雜志刊登夏普利斯的中國弟子、時任中科院上海有機化學(xué)研究所研究員董佳家課題組的一項發(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”的方法，只需在室溫下，無需催化劑，即使?jié)舛确浅５停材芰⒓窗l(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，從而突破了原先的瓶頸。

“點擊化學(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，她的研究極為耗時費力。

在一次學(xué)術(shù)會議上，貝爾托齊受到一個報告的啟發(fā)，開始思考為細(xì)胞中的蛋白質(zhì)分子安裝帶有熒光分子的化學(xué)手柄。這個化學(xué)手柄必須“忠于職守”，對其他細(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”——一個疊氮化物。這與點擊化學(xué)的“分子魔術(shù)扣”不謀而合。

然而，對于生命體而言，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)表了無銅點擊反應(yīng)，并用它來追蹤生命體內(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。”姜雪峰說，科學(xué)家已開始用這種方法開發(fā)針對系列疾病的精準(zhǔn)、靶向、緩釋、示蹤、多功能、高集成等多樣化功能分子庫。

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