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.
年内49只主动权益基金发布“限购令”,基金经理为啥“有钱不赚”?******
自2月2日起,去年股基冠军黄海管理的万家精选(519185)暂停大额申购,单日限购金额为100万元。Wind数据显示,其下属分级基金万家精选A曾在2022年以35.51%的年内表现拿下主动权益类基金第四名,同时是偏股混合基金细分类型的冠军。
记者注意到,今年以来已有49只主动权益类基金产品(不同份额分开计算)主动“限流”,宣布暂停大额申购、定期定额投资业务。业内人士认为,基金限购大多数是为了维护现有持有人利益,未来会越加常态化,建议投资者做好投资规划,理性选择合适的投资时点。
“冠军基金”迎来限购
日前,万家基金发布公告称,旗下万家精选将于2月2日起暂停大额申购、转换转入、定期定额投资业务,两类份额投资限额均定为不超过100万元。该基金正是由2022年主动权益类基金冠军黄海管理。
在板块轮动以及行情震荡的2022年,黄海管理的产品拿下主动权益基金业绩榜的冠亚军,这一“霸屏”表现也让他的一举一动获得市场关注。而此次被暂停大额申购的万家精选A曾在2022年主动权益基金业绩榜中排名第四。
Wind数据显示,截至2月1日,万家精选A、C今年以来累计净值增长率分别为5.95%、5.89%。从基金规模角度来看,截至2022年四季度末,该产品的基金规模合计为9.33亿元,同比增长超过40%。
对于基金产品“限购”的原因,一位大型公募基金人士告诉记者,基金进行申赎限制的原因有很多,需要具体情况具体分析。一般而言,“限购”往往是为了主动控制规模,以避免大笔资金涌入稀释投资收益。
他认为:“这其实和市场时机、本身产品的特征以及团队的能力有很大关系。如果短时间内申购的资金太多的话,基金规模增加过快,有可能会打乱基金经理的投资思路,会影响产品的管理质量。”
“我们对规模比较平常心,会用更长远的视角去做长期正确的事情。”黄海此前接受记者专访时也谈到对规模的看法,“规模太大的确会对调仓有一些冲击。从持有人利益优先的角度,我们没有过于追求规模。”
同时,他也指出,中国资管市场足够大,如果规模大了也会根据规模调整自己的策略,慢慢去分散。“现在的集中也是阶段性的,熊市阶段没有那么多好的选择,但是当市场转好,我们还是会选择更多优质标的分散配置。”黄海说。
49只主动权益基金发出“限购令”
2023年以来,随着市场行情逐渐回暖,市场交易情绪也有所上涨,有多只基金产品选择“限流”,陆续发布公告实施大额限购举措。Wind数据显示,以暂停申购起始日为基准,截至2023年2月2日,有49只主动权益类基金产品(不同份额分开计算)暂停大额申购。
其中,限购次数最多的是朱红裕管理的招商核心竞争力,今年已经发布了三次“限购令”。公告显示,招商核心竞争力自2月1日起限制大额申购(含定期定额投资)和转换转入业务,限制定期定额投资金额为1万元。
这是招商核心竞争力成立以来第四次宣布限制大额申购。在此之前,该产品曾在2022年10月19日、2023年的1月11日及1月16日分别公告“限购”100万元、10万元和5万元。
据渠道人士透露,规模增长较快是招商核心竞争力多次限购的主要原因,该产品的规模目前已在百亿元上下。Wind数据显示,该基金的合计规模从发行时的7.54亿元上涨至2022年底的61.75亿元。
这也意味着,截至目前,招商核心竞争力虽成立不足一年,但规模增长12倍有余。事实上,朱红裕在最新四季报中也坦言,“本产品在2022年三季度末曾因大额申购,仓位有较大幅度摊薄”。
而如此受投资者青睐的原因或许是缘于产品的表现。Wind数据显示,招商核心竞争力成立于2022年4月,彼时恰逢A股筑底反弹之时,截至2022年底,招商核心竞争力A、C年内回报分别为47.77%、46.96%。
除此之外,记者查阅公告时发现,还有不少明星基金经理管理的基金产品也同样宣布限制大额申购。例如,万民远管理的融通健康产业限制申购金额不超过1000万元;田文舟、郑澄然管理的广发成长新动能混合自1月19日起,限制申购金额不超过1万元。
从业绩表现来看,在上述“限购”的主动权益类基金产品中,2023年开年以来皆斩获正收益,其中有29只产品的今年以来的累计回报超过5%,占比近六成,包括5只年内业绩超过10%的基金产品。
具体而言,Wind数据显示,截至2023年2月1日,招商量化精选A/C今年以来的累计净值增长率为11.67%、11.61%;长城双动力A/C的年内回报达11.05%、10.99%;华商新趋势优选的年内累计表现达10.18%。
谈及上述基金限购的现象,上述业内人士对记者表示,绩优基金限购大多数是为了维护现有持有人利益,可以通过“限流”避免规模过快增长对业绩带来的冲击和影响,保证业绩的连续性和稳定性,从而保护投资者的利益。
另一方面,该公募人士也指出,“有些投资者看到这只产品业绩上涨,可能就会大额买入,但业绩并不一定会一直保持领先,可能会存在阶段性追高的风险,限购可以在一定程度上避免追涨杀跌。”在他看来,基金限购的现象,未来会越加常态化,建议投资者做好投资规划,理性选择合适的投资时点。