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.
外资机构观点趋于一致:看多中国经济 做多中国资产******
随着A股2023年强势开局,外资唱多热情持续高涨,继高盛之后,摩根士丹利也加入了再次看涨A股和人民币的队伍。
据证券时报记者了解,不少外资机构对中国资产的看法更加乐观,认为新年行情值得期待。
开年以来北向资金加速流入也证实了这一点。2023年以来,北向资金净流入额超330亿元,自2022年11月以来的净流入额已接近1300亿元。
上调中国股票市场评级
华尔街大行高盛刚发布策略报告,将明晟中国指数12个月目标从70点上调至80点,摩根士丹利紧随其后,也将明晟中国指数的年底目标上调至80点。
1月9日,摩根士丹利分析师Laura Wang等人在最新报告中指出,2023年中国GDP和企业利润将加速增长,中国股市将成为全球表现最佳的股市。摩根士丹利维持增配明晟中国指数,并将该指数年底目标位从70点上调至80点。
摩根士丹利研报指出,2023年中国的GDP和企业利润将加速增长,同时内外部风险均下降,这或将推动相关估值进一步上涨。
明晟中国指数最新收盘报70.42点,自去年10月底最低点46.92点以来,已经累计反弹50%。摩根士丹利将该指数目标点位上调至80点,认为该指数还有超过10%的上涨空间。
去年12月,摩根士丹利上调中国股票在全球新兴市场中的评级至“超配”,这是该机构对中国股市维持近两年谨慎态度后做出的首度上调。
在进一步上调明晟中国指数目标位时,摩根士丹利指出,其正在对中国股权风险溢价(ERP)重新评估,不少因素证明属于A股的牛市周期已经开启。
对于人民币走势,摩根士丹利同样乐观。它认为,人民币到2023年底将升至1美元兑6.65元人民币,较当前水平上涨1.8%。
摩根士丹利中国首席市场策略师王滢表示,摩根士丹利目前对欧美股市、尤其美国市场较为谨慎,中国股市将成为下一阶段全球股市的领跑者,全球新兴市场都将有不错表现。“我们对中国股票市场评级上调,不仅仅是基于抗疫政策的调整。根据我们的历史经验,有七个主要类别因子,会在不同时间对股市产生较大影响,可以帮助我们更好捕捉股市的拐点。”她说。
王滢进一步分析,“尽管宏观经济和估值两大因子并不突出,但其余五大因子正同时向好转变,包括全球收紧的流动性在明年会有明显改善;中国政策周期向好;强势美元告一段落,人民币有望重新升值;中美双边关系改善;中国的监管框架已经整体确立。”
看多中国资产再成共识
随着中国经济的复苏预期不断增强,A股市场与人民币汇率强势表现,外资“真金白银”加码买进中国资产。
Wind数据显示,2023年以来,北向资金已净买入335.20亿元,其中1月5日净买入127.53亿元,这也是自2022年12月1日以来,北向资金再度单日净买入超百亿。实际上,自2022年11月以来,北向资金就已呈现出加速流入的势头,期间净买入额达1286.28亿元。
人民币汇率在此期间也强势反弹。2023年首个交易日,在岸及离岸人民币兑美元汇率盘中双双升破6.9关口。随后,人民币汇率持续反弹走强,截至1月10日16时30分,在岸人民币兑美元收盘报6.7772,新年以来已反弹逾1800点,累计涨幅达2.61%。
北向资金与人民币汇率共振,反映了外资机构对中国资产的普遍看好。高盛1月9日发布报告称,中国股市在年内有望上涨15%,人民币则料将升至去年4月以来的最高位。
高盛的策略报告称,将明晟中国指数的12个月目标从70点上调至80点,强调主要理由是整体估值较低,以及房地产、互联网监管和政策刺激等领域的多个支撑点。
此外,高盛预计到今年年底人民币兑美元将升至6.5,此前的预估值为6.9。
高盛策略团队认为:“在2023年的全球背景下,中国在经济增长、政策和通胀周期方面看起来处于有利地位。当前的市场背景让我们相信,继续减持或做空中国股票面临的风险明显高于做多中国股票。”
除高盛外,美国银行、汇丰银行、先锋领航等外资机构也看好2023年中国资产表现。
美国银行投资策略分析师曾指出2023年的十大交易趋势,其中的一大趋势便是做多中国股票。“中国有很高的超额储蓄,对中国股票仍然是反向做多交易策略。”
汇丰银行预测2023年中国GDP同比增速为5.0%,并显著调高了2024年中国GDP增速预测,从4.8%上调至5.8%。
先锋领航在最新发布的分析报告中指出,当前中国正致力于优化疫情防控措施、促进疫苗和药品研发、改善医院设施,这些手段有助于稳定经济,预计2023年3月之后,中国的整体经济将看到更为明显的反弹,中国2023年全年GDP的增速有望达到4.5%左右。