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2022年诺贝尔化学奖揭晓! 像玩积木一样“玩转”化学!2022年诺贝尔化学奖解读!两次获得诺贝尔奖!他一度被认为疯了……

时间:2022-10-05 18:27 来源: 编辑:admin

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2022年诺贝尔化学奖揭晓!科技日报 2022-10-05 18:00 发表于北京◎ 科技日报记者 刘霞刚刚,瑞典皇家科学院宣布,美国科学家卡罗琳·贝尔托西 (Carolyn R. Bertozzi)...

2022年诺贝尔化学奖揭晓!

科技日报 2022-10-05 18:00 发表于北京
◎ 科技日报记者 刘霞
刚刚,瑞典皇家科学院宣布,美国科学家卡罗琳·贝尔托西 (Carolyn R. Bertozzi)、丹麦科学家摩顿·P·梅尔达尔 (Morten P. Meldal)、美国科学家卡尔·巴里·夏普利斯(K. Barry Sharpless)荣膺2022年诺贝尔化学奖,以表彰他们在点击化学和生物正交化学领域作出的贡献。

北京时间10月5日下午5点47分许,瑞典皇家科学院决定将2022年的诺贝尔化学奖授予美国科学家Carolyn R. Bertozzi、丹麦科学家Morten Meldal和美国科学家K. Barry Sharpless,以表彰他们“在点击化学和生物正交化学方面的发展”。

2022年的诺贝尔奖单项奖金为1000万瑞典克朗(约合人民币642.8万元)。

值得关注的是,Carolyn R. Bertozzi成为诺贝尔化学奖史上第8位女性获奖者,K. Barry Sharpless则成为第5位两次获得诺贝尔奖的得主——Sharpless曾于2001年被授予诺贝尔化学奖。三位科学家将平均分享1000万瑞典克朗(约合人民币647万元)的奖金。

自1901年至2021年,诺贝尔化学奖共颁发了113次,其中63次授予单一获奖者,25次由两位获奖者分享,25次由三位获奖者分享。

截至2021年,诺贝尔化学奖共授予188位得主。由于英国生物化学家弗雷德里克·桑格在1958年和1980年两次获得诺贝尔化学奖,因此实际获奖人数为187人。

最年轻的诺贝尔化学奖得主是让·弗雷德里克·约里奥-居里,1935年他和妻子伊伦·约里奥-居里共同获奖时年仅35岁。最年长的诺贝尔化学奖得主是约翰·古迪纳夫,2019年他获奖时已97岁。截至2021年,共有7位女性获得诺贝尔化学奖。

除弗雷德里克·桑格两次获得诺贝尔化学奖外,还有2位诺贝尔化学奖得主获得过其他诺贝尔奖项,包括玛丽·居里——她1903年获诺贝尔物理学奖、1911年获诺贝尔化学奖;莱纳斯·鲍林——他1954年获诺贝尔化学奖、1961年获诺贝尔和平奖,莱纳斯·鲍林也是唯一一位两次都是单人获奖的获奖者。

2021年诺贝尔化学奖授予了德国科学家本亚明·李斯特和美国科学家戴维·麦克米伦,以表彰他们“在不对称有机催化发展”方面的贡献。

2020年诺贝尔化学奖授予了2位女性科学家,分别是来自法国的埃马纽埃尔·卡彭蒂耶和来自美国的詹妮弗·杜德纳,以表彰她们“开发了一种基因组的编辑方法”。


像玩积木一样“玩转”化学!2022年诺贝尔化学奖解读

科技日报 2022-10-05 19:17 发表于北京

◎ 科技日报记者 刘霞


当地时间10月5日,瑞典皇家科学院宣布,美国科学家卡罗琳·贝尔托西、丹麦科学家摩顿·P·梅尔达尔、美国科学家卡尔·巴里·夏普利斯荣膺2022年诺贝尔化学奖,以表彰他们在点击化学和生物正交化学领域作出的贡献。


诺贝尔奖委员会解释称,今年的诺贝尔化学奖授予了一种简化困难的过程!


夏普利斯和梅尔达尔为化学的功能形式——点击化学奠定了基础。利用点击化学方法,构建分子的模块可以像搭扣一样“click”(咔嗒)一声,快速有效地耦合在一起。贝尔托西则将点击化学带入了一个新的维度,并开始将其应用于生物体。


长期以来,化学家们一直渴望构建出越来越复杂的分子。在药学研究领域,这通常涉及到对具有药用性质的天然分子进行人工再造。科学家们殚精竭虑的研究催生出了很多令人惊叹的分子结构,但构建过程耗时长,而且生产成本很高。


诺贝尔化学奖委员会主席约翰·克维斯特说:“今年的化学奖授予了简化困难的过程——即使采取简单的方法也可以构建出功能分子。”


夏普利斯开创了这一局面。大约在2000年,他提出了点击化学的概念,这是一种简单可靠的化学形式,反应迅速,而且避免了不必要的副产品。


不久之后,梅尔达尔和夏普利斯分别介绍了现在点击化学领域“王冠上的宝石”:铜催化末端炔烃与叠氮化物的环加成反应。这是一种优雅而高效的化学反应,目前已被广泛应用于多个领域:药物开发、绘制DNA图谱以及创建用途更广的新材料。


贝尔托西则将点击化学提升到新的水平。为了在细胞表面绘制重要但难以捉摸的生物分子——聚糖,她开发了在生物体内起作用的点击反应,这一生物正交反应不会破坏细胞的正常化学反应。


这些反应现在被全球各地的科学家们用于探索细胞和跟踪生物过程。比如,利用生物正交反应,研究人员改进了癌症药物的靶向性,目前正在临床试验中开展相关测试。


点击化学和生物正交反应将化学带入了功能主义时代,这给人类带来了巨大的利益和福祉。


值得一提的是,这也是夏普利斯在2001年因手性催化氧化反应获诺贝尔化学奖以来,第二次摘得诺贝尔化学奖的桂冠。


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过去7年诺贝尔化学奖得主名单

2021年——德国和美国科学家Benjamin List和David W.C. MacMillan获奖,获奖理由是“在不对称有机催化方面的发展”。

2020年——法国和美国科学家Emmanuelle Charpentier、Jennifer A. Doudna获奖,获奖理由是“开发出一种基因组编辑方法”。

2019年——美国和日本3位科学家John B Goodenough、M. Stanley Whittlingham、Akira Yoshino获奖,获奖理由是“在锂离子电池的发展方面作出的贡献”。

2018年——美国科学家Frances H. Arnoid获奖,获奖理由是“研究酶的定向进化”;另外两位获奖者是美国的George P. Smith和英国的Sir Gregory P. Winter,获奖理由是“研究缩氨酸和抗体的噬菌体展示技术”。

2017年——瑞士、美国和英国3位科学家Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson获奖,获奖理由是“研发出冷冻电镜,用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定”。

2016年——法国、美国、荷兰3位科学家Jean-Pierre Sauvage、J. Fraser Stoddart和Bernard L. Feringa获奖,获奖理由是“分子机器的设计与合成”。

2015年——瑞典、美国、土耳其3位科学家Tomas Lindahl、Paul Modrich和Aziz Sancar获奖,获奖理由是“DNA修复的机制研究”。

诺贝尔化学奖小知识

——截至2021年,诺贝尔化学奖共颁发了113次,没有颁发的8年分别是1916、1917、1919、1924、1933、1940、1941和1942年。

——1901年至2021年,共188人次获奖,实际获奖个人为187人,因为英国科学家Frederick Sanger于1958年和1980年两次获奖。

——113次颁奖中,63次为单独获奖者,25次为2人共享,25次为3人共享。

——最年轻的获奖者是法国科学家Frédéric Joliot,1935年因“合成新的放射性元素”与妻子Irène Joliot-Curie一起获奖,时年35岁。

——最年长的获奖者是美国科学家John B. Goodenough,2019年因“在锂离子电池的发展方面作出的贡献”获奖,时年97岁。他也是迄今为止所有诺奖得主中获奖时最年长的一位。

——187位诺贝尔化学奖得主中,有7位女性。分别是1911年的居里夫人(居里夫人另外还获得1903年的物理学奖)、1935年的Irène Joliot-Curie、1964年的Dorothy Crowfoot Hodgkin、2009年的Ada Yonath、2018年的Frances H. Arnold,以及2020年的Emmanuelle Charpentier和Jennifer A. Doudna。其中,Marie Curie和Dorothy Crowfoot Hodgkin独享当年的化学奖。

——诺奖史上的“家庭”诺奖。

居里夫人家庭是历史上最成功的“诺奖家庭”。居里夫妇1903年共同获得诺贝尔物理学奖;居里夫人自己1911年又获得诺贝尔化学奖;居里夫妇的大女儿Irène Joliot-Curie,与丈夫Frédéric Joliot一起获得1935年的诺贝尔化学奖;居里夫妇的小女儿Ève Curie,嫁给了Henry R. Labouisse,他在1965年代表联合国儿童基金会接受了当年的诺贝尔和平奖。


2022年诺贝尔化学奖揭晓!

管娜 中国新闻网 2022-10-05 18:33 发表于北京

北京时间10月5日下午,2022年诺贝尔化学奖揭晓。瑞典皇家科学院将该奖授予卡罗琳•露丝•贝尔托西(Carolyn R. Bertozzi)、摩顿•梅尔达尔(Morten Meldal)和卡尔•巴里•夏普莱斯(K. Barry Sharpless),以表彰他们在“点击化学和生物正交化学”方面所做出的贡献。


          诺奖中的“跨界明星”


创造新物质、发展新技术、研究新理论……诺贝尔化学奖的颁奖史可谓是一部现代化学的发展史,其重要性不言而喻。
  
诺贝尔奖官网上对该奖介绍道:“对于阿尔弗雷德•诺贝尔自己的工作来说,化学是最重要的科学。他的发明的发展以及他采用的工业流程都是基于化学知识。化学是诺贝尔在其遗嘱中提到的第二个获奖领域。”
  
尽管诺贝尔本人就是化学家,但作为诺奖“嫡传”的化学奖却偏爱跨界。从以往诺贝尔化学奖得主的名单可以看出,不少获奖成就并非出自传统的化学研究,而是涉及生物学、物理学等多重学科,因此,诺贝尔化学奖也被调侃为“诺贝尔理综奖”。

盘点近10年诺贝尔化学奖得主

诺贝尔化学奖首次颁发于1901年,截至2021年,共颁奖113次,有188位获奖者。
  
以下是近10年以来诺贝尔化学奖得主名单及其主要成就:
  
2021年:
戴维•麦克米伦(美)和本亚明•利斯特(德)因“在不对称有机催化研究方面的进展”被授予诺贝尔化学奖。
  
2020年:
埃曼纽尔•卡彭蒂耶(法)和詹妮弗•杜德纳(美),以表彰她们在基因编辑技术方面的贡献。
  
2019年:
约翰•古迪纳夫(美)、斯坦利•惠廷厄姆(美)和吉野彰(日),因在锂电池研发领域做出的贡献分享诺奖。
  
2018年:
诺贝尔化学奖授予弗朗西斯•阿诺德(美)、乔治•史密斯(美)和格雷戈里•温特利(英),以表彰他们在酶的定向演化,以及用于多肽和抗体的噬菌体展示技术方面取得的成果。
  
2017年:
约阿希姆•弗兰克(德/美),理查德•亨德森(英),雅克•杜博歇(瑞士)发展了冷冻电子显微镜技术,以很高的分辨率确定了溶液里的生物分子结构。
  
2016年:
让-皮埃尔•索维奇(法)、弗雷泽•斯托达特(英)和伯纳德•费林加(荷)三位科学家因“设计和合成分子机器”获奖。
  
2015年:
托马斯•林达尔(瑞典)、保罗•莫德里奇(美)、阿齐兹•桑贾尔(土耳其/美),因在基因修复机理研究方面所做出的贡献获奖。
  
2014年:
埃里克•贝齐格(美)、威廉•莫纳(美)、斯特凡•黑尔(德),因“研制出超分辨率荧光显微镜”获奖。
  
2013年:
马丁•卡普拉斯(美/奥地利)、迈克尔•莱维特(英/美)、阿里耶•瓦谢勒(美/以色列)分享诺奖,三人在开发多尺度复杂化学系统模型方面做出贡献。
  
2012年:
罗伯特•莱夫科维茨(美)、布莱恩•克比尔卡(美),因“G蛋白偶联受体研究”获奖。


两次获得诺贝尔奖!他一度被认为疯了……

 科技日报 科技日报 2022-10-05 23:44 发表于北京
◎ 科技日报记者 张盖伦

10月5日晚,诺贝尔化学奖公布后,董佳家打算给自己的导师卡尔·巴里·夏普利斯打个电话,不过,暂时没有打通。

但他知道,这个80多岁的“老头”对诺奖不会感到太兴奋。毕竟,他已经拿了太多奖;而且,这是他第二次拿到诺贝尔化学奖。

“我们私下交流时他跟我说过,荣誉对他来讲已经没有意义。”董佳家说。

董佳家现在是中科院上海有机化学研究所研究员,和夏普利斯教授做了十几年的研究。

在他心中,夏普利斯是“完美”的科学家。

点击化学:咔哒一声,“合”上了

2022年诺贝尔化学奖授予美国科学家卡罗琳·贝尔托西 (Carolyn R. Bertozzi)、丹麦科学家摩顿·P·梅尔达尔 (Morten P. Meldal)、美国科学家卡尔·巴里·夏普利斯(K. Barry Sharpless)以表彰他们在点击化学和生物正交化学领域作出的贡献。

2000年左右,夏普利斯提出了一个新的领域:点击化学。

这是一种简单可靠的化学形式,反应迅速,避免不必要的副产品。

中科院化学研究所研究员程靓解释,通俗理解,就是两个东西放在一块,可以直接反应,如同积木拼在一起,咔哒一声,就成了。即使不是化学家,拿到底物也能去做化学反应。化学合成的复杂度大大降低了。

有了点击化学,科研人员也能更加精准地去调控一些化学的关键步骤,

不久后,梅尔达尔和夏普利斯各自独立提出了铜催化叠氮-炔环加成。这一反应被形容为优雅而高效。

而化学反应,除了在试管中进行,还需将其拓宽到细胞甚至活体。如果这一反应干扰细胞内其他官能团、组分,就会影响细胞的功能。程靓表示,所谓“正交”,意思就是与细胞内原有生物化学反应互不干扰。生物正交反应,就是让探针分子和报告官能团快速高效发生反应,同时又不影响生物分子之间正常的相互作用。

“目前,大多数点击化学用在生物正交反应内。当然,点击化学应用得很广泛,也有物理学家会用点击化学做功能材料。”程靓说。

夏普利斯开发的点击化学反应,速率更快,但需要用到铜离子。然而对生物体来说,铜离子具有一定毒性。贝尔托西提出了两种无铜催化的点击化学反应(生物正交反应),更适合于生命体系。

浙江大学生命科学研究院研究员林世贤形容,相当于以前还要看说明书,按顺序搭建积木;现在,无铜催化不需要说明书,可以相对自由地进行拼接。因此,贝尔托西的方法,让点击化学进入生物体内,生物正交反应普适性地用到了生命科学的研究中。

未来的应用范围,程靓认为可以扩展到两个方面:做加法和做减法。前者是指在生物体内的特定位置和特定的时间,让较小的前体高效发生反应,原位创造新分子;后者,则是指让带有活性成分的分子进入生物体内,利用生物正交化学在特定时间特定位置,释放出对靶细胞有活性的药物分子。“研究的热点,就是如何让加法和减法做得更为精准。”程靓说。

点击化学,则主要涉及不同官能团之间的连接,所以,科研人员正在拓宽点击化学的反应类型,增加可用的工具,让更多官能团之间发生那种“咔哒”一声的连接。

董佳家告诉科技日报记者,简单来说,大家要做的,就是寻找独特的、难以被注意的反应,把它应用起来。

“封神”的夏普利斯

夏普利斯曾因在手性催化氧化反应方面的贡献,于2001年获得诺贝尔化学奖。

有科研人员坦言,之前之所以没敢预测夏普利斯得奖,是觉得毕竟他已经得过一次。

林世贤直言,这是一位诺贝尔奖史上的里程碑式人物。“在这个时代,能获得两次诺贝尔奖,是非常惊人的成就!”夏普利斯两次获奖,意味着他在两个截然不同的领域做出了开创性工作,“他在诺贝尔奖得主中封神了”。

早在1970年,因一次化学实验事故,夏普利斯一只眼睛受了伤。从那以后,他基本用独眼工作。在已经获得了巨大的荣誉之后,夏普利斯跳出自己熟悉的领域,开拓了一个全新的研究方向。

董佳家说,提出点击化学之后,夏普利斯曾遭受大量抨击与批判,包括著名的合成化学家和他的老朋友们。夏普利斯的夫人告诉董佳家,曾有一段时间,夏普利斯出去作报告时,特别多人喜欢来看。不是因为他们想看看什么是点击化学,而是听说夏普利斯疯掉了,想到现场看看他到底疯到了什么程度。

但是时间说明了一切。

您觉得您的导师是怎样的人?听到记者的提问,董佳家脱口而出——“完美的科学家!” “他对其他事情都不在意,完全由好奇心驱动做研究。眼里心里只有科学。纯粹,毫无功利心。”自己拿多少钱不知道,去飞机场忘记带护照的事情也经常发生。值得夏普利斯费心的,只有科学。夏普利斯并不急于发文章,他提倡要做原创性发现,要专注和好奇。不过,夏普利斯不出手则以,一出手就是“惊天动地”。

2008年11月,夏普利斯在天津大学做过一场关于科研创新思考的演讲。2009年3月,董佳家加入他的课题组,老师将PPT和演讲原稿都给了他。“这个报告我看了不下数百次。”董佳家后来逐页翻译了ppt和讲稿,发在自己课题组的微信公号上。“他对我影响最大的,是教我科研的方法,以及怎样做人。”

夏普利斯形容自己是一位探险家。“如果你想发现新事物,千里之行的第一步就是要学会与不确定性共存,并学会接受失败如常,因为寻找未知事物的风险就像成为一名从不系安全绳的高空杂技演员一样大。”

“当我在实验台上工作时,我的大多数反应都行不通,但我从来没有将它们视为失败。我行不通的想法总会给我带来关于下一步尝试的更多想法。因此,我的词典里没有‘失败’这个概念。”夏普利斯这样说。

未来该领域有广阔想象空间

2022年诺贝尔化学奖已经尘埃落定。林世贤说,其实,国内在这一授奖领域的工作也非常前沿,与国际并驾齐驱,部分生物正交反应的概念和应用处于国际领先位置。

还有许多科学家在点击化学和生物正交化学上作了突出贡献。“可能因为有三个获奖名额的限制,有些人没有拿到这个奖项,我也觉得有些遗憾。”林世贤举例说,北京大学化学与分子工程学院陈鹏教授团队率先提出了生物正交剪切反应,通过生物正交反应打断化学键,来激活蛋白、释放药物。这也是生物正交化学领域非常有展示度的研究。

 “点击化学和生物正交化学,是化学科学工作者主动拥抱生命科学,主动迎接生命科学的挑战提出来的一个新的化学反应和化学理论。理论的大厦刚刚建起,它可以带来非常广阔的想象空间。”林世贤认为,它们可以给化学家精准、特异地干预生命体系提供非常独特的技术手段和一系列的工具。这些研究相当于提供了积木的模具和模块,至于以后是用来造飞机、航母还是宇宙飞船,值得科研人员进一步去探索。

林世贤预测,未来20年,还会有很多利用化学的基础理念和思想去研究生命科学过程的研究者能够拿到诺贝尔奖。

点击化学,如乐高玩具般结合分子构建模块——解读2022年诺贝尔化学奖

瞭望 2022-10-06 14:28 发表于北京
新华社北京10月5日电(记者张莹) 用人工方法合成天然分子是药学领域的重要组成部分,然而复杂分子的构建往往需要经过多个步骤,不仅生成不必要的副产物,还增加提纯难度,使得药物分子的生产过程既耗时又昂贵。获得2022年诺贝尔化学奖的三位科学家开创了一种全新的化学理念,能够让分子的构建模块快速、高效地结合在一起,如同乐高玩具一样,利用基础模块搭建出变化无穷的造型。
瑞典皇家科学院5日宣布,将2022年诺贝尔化学奖授予美国科学家卡罗琳·贝尔托齐、卡尔·巴里·沙普利斯和丹麦科学家莫滕·梅尔达尔,以表彰他们在发展点击化学和生物正交化学方面的贡献。
点击化学的概念来自沙普利斯在21世纪初发表的一篇文章。沙普利斯认为,让碳原子之间形成化学键是化学合成的一大障碍,来自不同分子的碳原子往往缺乏成键的化学动力,而人工激活反应的过程会导致许多不必要的副产物。他提出一种更容易掌控的路径,即利用氮原子或氧原子作为“桥梁”,将具有完整碳骨架的小型分子拼接起来。
这种方法被称为点击化学。沙普利斯认为,组合简单化学模块的方法可以创造出几乎无穷无尽的分子种类,该方法可以生成与天然分子药物有类似功能的新药,并可以实现工业规模生产
此后不久,梅尔达尔和沙普利斯分别独立报告了“铜催化的叠氮化物-炔烃环加成”反应,它被称为点击化学“王冠上的明珠”。梅尔达尔在用铜离子催化炔烃与酰卤的反应时,发现炔烃与中间产物叠氮化物反应生成环状结构的三唑。梅尔达尔看到了叠氮化物和炔烃发生反应的价值,他于2002年在一篇学术文章中表示,该反应可用于将许多不同分子结合在一起。同一年,沙普利斯也发表了用铜催化使叠氮化物和炔烃发生反应的论文,并将其描述为“完美的”点击反应。
点击反应的简单性和功能性让它在实验室合成和工业生产中流行起来,该反应还有助于生产满足特定需求的新材料。例如,在塑料或纺织品中添加可发生点击反应的叠氮化物,可以使这些原料与导电、抗菌、防紫外线辐射或具有其他特性的物质结合。该反应还可用于生产和优化可用作药物的化学物质。
贝尔托齐的贡献是将点击化学应用扩展到生物领域。20世纪90年代,由于缺乏有效的工具,她在解析一种聚糖如何将免疫细胞吸引到淋巴结时遇到困难,最终从一份有关如何让细胞产生唾液酸的报告中找到灵感。
唾液酸是构成聚糖的糖类之一。贝尔托齐想到,能否让细胞生成经过化学修饰的唾液酸。经过化学修饰的唾液酸能够参与构成不同的聚糖,因此可以用这种化学修饰定位聚糖。例如,可以将荧光分子连接到经过化学修饰的部分,荧光就能显示唾液酸参与构成的聚糖在细胞中所处位置。
这不是一项容易的任务,除了需要连接的分子,用作化学修饰的物质不能与细胞中任何其他物质发生反应。贝尔托齐专门创造一个术语来表达这个要求:用作化学修饰的物质和荧光分子之间的反应必须是“生物正交”的。突破发生在2000年前后,贝尔托齐找到一种可用作化学修饰的最佳物质,即叠氮化物。她以巧妙的方式修改了施陶丁格反应,成功将荧光分子与引入聚糖中的叠氮化物连接起来。
当时,“铜催化的叠氮化物-炔烃环加成”反应已开始为人所知。贝尔托齐认识到,有铜离子存在情况下,她用作化学修饰的叠氮化物能快速连接到炔烃上。但铜对生物机体是有毒的,贝尔托齐进一步发现,如果将炔烃连接到环状化学结构上,在没有铜的情况下,炔烃仍可以一种“近乎爆炸的方式”与叠氮化物反应。2004年,她发表了非铜催化的点击反应论文,将该反应命名为“应变促进的炔烃-叠氮化物环加成”反应,并证明它可以用于追踪聚糖。
贝尔托齐及其他科研人员开始利用这类反应探索细胞中的生物分子如何相互作用,并以此研究疾病过程。她关注的一个方向是肿瘤细胞表面聚糖。肿瘤表面的某些聚糖可以保护肿瘤免受人体免疫系统攻击。贝尔托齐和同事对此开发出一类新型生物药物。他们给一些酶添加了聚糖特异性抗体,这类酶可以分解肿瘤细胞表面的聚糖。这种药物目前正在晚期癌症患者身上进行临床试验。

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