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點擊化學
鎖定
點擊化學（Click chemistry），又譯為“鏈接化學”、“速配接合組合式化學”，是由化學家巴里·夏普萊斯（K B Sharpless）在2001年引入的一個合成概念，主旨是通過小單元的拼接，來快速可靠地完成形形色色分子的化學合成。它尤其強調開闢以碳-雜原子鍵（C-X-C）合成為基礎的組合化學新方法，並藉助這些反應（點擊反應）來簡單高效地獲得分子多樣性。點擊化學的代表反應為銅催化的疊氮-炔基Husigen環加成反應（Copper-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition）。點擊化學的概念對化學合成領域有很大的貢獻，在藥物開發和生物醫用材料等的諸多領域中，它已經成為最為有用和吸引人的合成理念之一。
- 中文名
- 點擊化學
- 外文名
- Click chemistry
- 應 用
- 新型非線性光學材料
- 特 點
- 產率高
- 所屬學科
- 合成化學
點擊化學簡介
點擊化學的概念來自巴里·夏普萊斯在21世紀初發表的一篇文章。沙普利斯認為，讓碳原子之間形成化學鍵是化學合成的一大障礙，來自不同分子的碳原子往往缺乏成鍵的化學動力，而人工激活反應的過程會導致許多不必要的副產物。他提出一種更容易掌控的路徑，即利用氮原子或氧原子作為“橋樑”，將具有完整碳骨架的小型分子拼接起來。
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此後不久，莫滕·梅爾達爾
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和沙普利斯分別獨立報告了“銅催化的疊氮化物-炔烴環加成”反應，它被稱為點擊化學“王冠上的明珠”。梅爾達爾在用銅離子催化炔烴與酰滷的反應時，發現炔烴與中間產物疊氮化物反應生成環狀結構的三唑。梅爾達爾看到了疊氮化物和炔烴發生反應的價值，他於2002年在一篇學術文章中表示，該反應可用於將許多不同分子結合在一起。同一年，沙普利斯也發表了用銅催化使疊氮化物和炔烴發生反應的論文，並將其描述為“完美的”點擊反應。
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點擊化學背景
用人工方法合成天然分子是藥學領域的重要組成部分，然而複雜分子的構建往往需要經過多個步驟，不僅生成不必要的副產物，還增加提純難度，使得藥物分子的生產過程既耗時又昂貴。獲得2022年諾貝爾化學獎的三位科學家開創了一種全新的化學理念——點擊化學，能夠讓分子的構建模塊快速、高效地結合在一起，如同樂高玩具一樣，利用基礎模塊搭建出變化無窮的造型。
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點擊化學反應特徵
反應應用“組合”的概念，應用範圍廣；
產率高；
副產物無害；
反應有很強的立體選擇性；
反應條件簡單；
原料和反應試劑易得；
合成反應快速；
不使用溶劑或在良性溶劑中進行，最好是水；
產物易通過結晶和蒸餾分離，無需層析柱分離；
產物對氧氣和水不敏感；
符合原子經濟。
點擊化學詳細介紹
點擊化學的概念最早來源於對天然產物和生物合成途徑的觀察。僅僅憑藉二十餘種氨基酸和十餘種初級代謝產物，自然界能夠通過拼接上千萬個這一類型的單元（氨基酸、單糖），來合成非常複雜的生物分子（蛋白質和多糖）。這一過程具有明顯的傾向性，即“樂於”藉助形成碳-雜原子鍵，來完成這一複雜的拼接。這一思想對於藥物開發和合成具有很重要的意義。
現年67歲的巴里·夏普萊斯教授因在不對稱催化合成反應研究方面作出的傑出貢獻，2001年成為諾貝爾化學獎得主，現為美國加利福尼亞州拉賀亞斯克利普斯研究院主席化學教授。他的最新一項研究“點擊化學”，代表該領域最前沿的研究思路。
點擊化學原理
圖1 Fokin等人提出的銅催化疊氮與炔烴環加成反應機理（C
點擊化學應用
1.在光電功能分子材料中的應用。
新型非線性光學材料
有機、聚合物半導體材料
其他光電功能分子材料
2.在有機功能超分子結構與信息系統中的應用
分子機器系統
分子識別與傳感
3.新藥研發
點擊化學案例
點擊反應的簡單性和功能性讓它在實驗室合成和工業生產中流行起來，該反應還有助於生產滿足特定需求的新材料。例如，在塑料或紡織品中添加可發生點擊反應的疊氮化物，可以使這些原料與導電、抗菌、防紫外線輻射或具有其他特性的物質結合。該反應還可用於生產和優化可用作藥物的化學物質。
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卡羅琳·貝爾託齊
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的貢獻是將點擊化學應用擴展到生物領域。20世紀90年代，由於缺乏有效的工具，她在解析一種聚糖如何將免疫細胞吸引到淋巴結時遇到困難，最終從一份有關如何讓細胞產生唾液酸的報告中找到靈感。
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唾液酸是構成聚糖的糖類之一。貝爾託齊想到，能否讓細胞生成經過化學修飾的唾液酸。經過化學修飾的唾液酸能夠參與構成不同的聚糖，因此可以用這種化學修飾定位聚糖。例如，可以將熒光分子連接到經過化學修飾的部分，熒光就能顯示唾液酸參與構成的聚糖在細胞中所處位置。
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貝爾託齊及其他科研人員開始利用這類反應探索細胞中的生物分子如何相互作用，並以此研究疾病過程。她關注的一個方向是腫瘤細胞表面聚糖。腫瘤表面的某些聚糖可以保護腫瘤免受人體免疫系統攻擊。貝爾託齊和同事對此開發出一類新型生物藥物。他們給一些酶添加了聚糖特異性抗體，這類酶可以分解腫瘤細胞表面的聚糖。這種藥物目前正在晚期癌症患者身上進行臨牀試驗。
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- 參考資料
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- 1. K. Barry Sharpless, et al．Click‐Chemie: diverse chemische Funktionalität mit einer Handvoll guter Reaktionen：Wiley，2001：2004-2021
- 2. Worrell B. T., Malik J. A., Fokin V. V.．Direct evidence of a dinuclear copper intermediate in Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloadditions：Science，2013：457–460
- 3. 世界頂尖科學家論壇 | 諾貝爾化學獎得主夏普萊斯：他將“第二顆諾獎的種子”埋在了上海 ．文匯．2019-10-31[引用日期2019-10-31]
- 4. 科普：點擊化學，如樂高玩具般結合分子構建模塊——解讀2022年諾貝爾化學獎 ．新華網．2022-10-06[引用日期2024-04-07]
- 5. 三名科學家分享2022年諾貝爾化學獎 ．新華網．2022-10-05[引用日期2024-04-07]
