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.
“上门代厨”,月入过万?******
“香辣鸡翅、红烧鱼、包菜……10个菜,口味微辣,总共169元。”头一天和客户谈好了菜品和价格,约定好时间。下午3点,湖南长沙市“95后”女孩“葵葵子”准备出发“上门代厨”。
2022年以来,全国多地兴起一股“上门代厨”热潮。不少人在各类社交平台留言,可为附近用餐需求者提供“上门代厨”服务,并赚取一定费用。相关内容在多个平台的热度持续攀升。
“上门代厨”为何流行?这一服务有什么特点?行业背后又隐藏着哪些风险?半月谈记者就此展开调查。
“上门代厨”服务兴起
“上门代厨”的“厨师”多是厨艺爱好者,消费与服务双方点对点联络达成共识,“厨师”上门烹饪,线上收取服务费。2022年以来,“上门代厨”现象在多地兴起。美团2022年10月至12月数据显示,“上门代厨”的搜索量环比上涨533%。
两到三个菜58元,四到五个菜78元……半月谈记者在小红书、闲鱼、抖音等平台发现,北京、上海、武汉等多地的用户发布了提供不同菜系的个人“上门代厨”服务宣传广告。根据各地消费水平和菜品数量,“代厨”收费标准从几十元到上百元不等,如需代买菜、洗碗等则另外收费10元。
2022年11月初,辞职在家的“葵葵子”偶然刷到“代厨”信息,平时就擅长做湘菜、川菜和西餐的她有了兴趣,当即比照着发布了一条。“没过多久,就有人私信咨询我。”“葵葵子”说,每天接单2至3次,一个月时间她收入1万多元。
多名受访的“厨师”表示,目前各地“上门代厨”服务发展火爆,有的甚至成立了“上门代厨”公司。不少人都在考虑整合资源,未来形成团队化的“代厨”服务模式。
火爆背后呈现新特点
“找‘代厨’比找厨师便宜,还可以经常换菜系。”家住武汉的刘先生告诉半月谈记者,家里有老人和孩子,出于食品安全的顾虑,“代厨”更让人放心。
他给半月谈记者算了一笔账,按6道菜的标准,一次花去88元服务费和120元的原材料费,比起出门就餐和找专业厨师,价格低,吃到的菜质量高。此外,“代厨”们直接晒出擅长的菜系,信息透明。
半月谈记者梳理发现,时下盛行的“上门代厨”还呈现出诸多新特点。
一是从业者更加广泛。受访人士分析,烹饪爱好者是“上门代厨”的主力。他们或兼职、或全职,将爱好变成工作。半月谈记者采访了解到,“上门厨师”不乏上班族、宝妈等群体,他们常利用空余时间为他人提供“上门代厨”服务。在某平台多个“代厨”宣传广告评论区,都有人留言“怎样做‘代厨’?”
二是“上门厨师”和消费群体双年轻化。多位“代厨”告诉半月谈记者,“代厨”圈子多为“85后”“90后”,甚至“00后”,年轻群体喜欢尝试新鲜事物,其服务对象也以同龄人为主。
一位互联网从业人员表示,“上门代厨”主要以网络社交平台为沟通媒介,且年轻群体是各类社交平台的主要用户,依托平台即时通讯的特点,双方相互交流更方便、高效。“客户大都是年轻人,通过‘上门代厨’,我还结交了不少朋友。”加入“代厨”队伍有一段时间的“90后”退伍军人大鹏说。
三是消费需求更加多元化。半月谈记者采访发现,不少长期叫外卖、不会做饭或没有时间做饭的消费者对新鲜、特色的餐饮有需求,便寻求“代厨”服务。除了生日宴会、公司团建等常见类型,“代厨”们接到的用餐咨询还包括健康饮食、减脂轻食、月子餐等五花八门的需求种类。
引导“上门代厨”健康发展
多位受访者表示,“上门代厨”具有一定的社会意义,可以促进灵活就业,带动消费,满足不同消费群体对餐饮的需求。但“上门代厨”准入门槛较低,也存在一定风险。
湖北今天律师事务所律师胡俊杰表示,“代厨”过程属于食品生产环节,如何保障服务品质和食品安全,缺乏相应的规范。
胡俊杰说,“上门代厨”主要依托社交平台私信建立联系,属于“你情我愿”的交易,对“上门厨师”和消费者双方缺乏人身安全保护。如,不排除某些人心思不正,抱有犯罪目的。此外,“上门厨师”在烹饪过程中一旦发生安全事故,纠纷如何解决尚无依据。
半月谈记者在采访中了解到,“上门厨师”和消费者双方均对安全风险问题较为关注。不少消费者会提出查看“上门厨师”的健康证。“上门厨师”也会通过聊天的方式判断安全性,再决定是否“上门代厨”。
湖北立丰律师事务所律师喻曦表示,“上门代厨”是一种新兴的服务关系,可能构成劳动关系,也可能构成劳务或雇佣关系,且不同情况下法律性质不一。此外,“上门代厨”多是私下通过微信或支付宝支付的方式支付服务费,如果金额巨大,可能还会涉及税金问题。
对于目前尚存在的风险和争议,胡俊杰、喻曦等表示,“上门代厨”作为社会分工细化的新职业,具有一定的发展前景。相关部门应正面引导和规范该行业健康发展。如,参照网约车、家政等成熟的服务管理模式,确定行业准入门槛,完善支付方式、纠纷解决路径等事项,对整个服务过程量身定做质量评价和管理办法,从而全面完善和规范“上门代厨”行业。(半月谈网 记者:田中全 邓楠)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)