新聞動態(tài)
瑞典當地時間2022年10月5日11時45分（北京時間10月5日17時45分），諾貝爾獎委員會宣布將2022年諾貝爾化學獎頒發(fā)給美國化學家Carolyn R. Bertozzi，丹麥化學家Morten Meldal和美國化學家Karl Barry Sharpless，以表彰他們“為點擊化學和生物正交化學的發(fā)展”做出了突出貢獻。點擊化學的概念是由Sharpless首先提出的，并被用來連接有機和生物有機分子。點擊化學是指一組高效、可靠和立體選擇性的反應，可以利用簡單的反應條件和容易獲得的起始材料來開發(fā)有前途的構件。
回顧點擊化學理念提出之前的有機合成發(fā)展，二戰(zhàn)后美國主導了該領域的前沿，研究工作側重于通過碳碳鍵（C-C）的構建合成復雜的分子結構（特別是天然產物），涌現出以R. B.Woodward和E. J. Corey 等為代表的全合成大師。他們的工作體現了人們挑戰(zhàn)自然的勇氣，報道的一些新穎合成方法也讓有機化學的內容更加豐富和系統(tǒng)化，但這些反應常因為操作難度高或產率較低，而不易被其他領域的研究者廣泛應用。核酸和蛋白質是自然界中常見的生物大分子，復雜的化學結構和豐富的生物功能由小分子單元借助碳-雜原子鍵 （磷酸酯鍵和肽鍵） 的鏈接而實現。受此啟發(fā)，Sharpless 在2001年提出點擊化學理念，強調以碳雜原子鍵 （C-X-C） 甚至無機連接的合成為基礎，快速可靠地完成形形色色分子的化學合成。
緊隨點擊化學概念的提出，一價銅催化的疊氮化物-炔烴環(huán)加成反應在2002年被Sharpless和Medal組分別獨立報道。該反應可謂點擊化學中的第一個經典之作。疊氮和端炔在絕大多數化學條件下保持穩(wěn)定，卻可以在一價銅催化條件下，高效專一地轉換為1，3-取代的三氮唑 (式1) 。與其結構完全一致的鏈接基團在自然界中尚未被發(fā)現，但條件溫和、產率高、具有很高的化學選擇性且不受水氧干擾等特點成為該反應的突出優(yōu)勢。
2. 應變促進的疊氮-炔點擊化學反應 (SPAAC)
Bertozzi等人于2004年開發(fā)出了應變促進疊氮-炔烴的環(huán)化加成反應(strain-promoted azide-alkyne cycloaddition, SPAAC)，它不需要使用金屬催化劑、還原劑或穩(wěn)定配體。相反，該反應利用環(huán)應變成為環(huán)辛炔（例如OCT、BCN、DBCO、DIBO和DIFO）釋放的焓形成穩(wěn)定的三唑（式2）。盡管SPAAC的反應動力學比CuAAC慢，但它在活細胞中的生物相容性是毫無疑問的。迄今為止，該反應已廣泛應用于雜化和嵌段聚合物形成、代謝工程、納米粒子功能化、寡核苷酸標記等領域。
3. 四嗪和烯烴（反式環(huán)辛烯）之間的連接
反式環(huán)辛烯TCO在逆電子需求狄爾斯阿爾德 (IEDDA) 中反應，在生理條件下的反應具有無需催化劑、反應速率快和生物相容性好的特點。反式環(huán)辛烯被廣泛應用于生物和材料科學的研究中，尤其是靶向醫(yī)學成像或治療的預靶向方法和相關的試劑盒。四嗪Tetrazine是一類含有反應性四嗪基團的點擊化學標記試劑，含有四個氮原子的六元雜環(huán)化合物，有三種異構體：1,2,3,4-四嗪、1,2,4,5-四嗪、1,2,3,5-四嗪。四嗪試劑與TCO（反式環(huán)辛烯）在逆電子需求 Diels Alder 反應和逆 Diels Alder 反應中具有高反應性以消除氮氣。這是在標記活細胞、分子成像和其他生物偶聯應用中以低濃度進行生物偶聯的非常快速的反應。
（1）反應模塊化，如疊氮和炔基都能生成三唑類化合物；
（2）原料易得、適用范圍廣；
（3）反應收率高，區(qū)域與立體選擇性好；
（4）操作簡單，反應條件溫和、不怕水和氧；
（5）產物易分離提純，重結晶或蒸餾即可分離，無需層析柱分離；
（6）絕大部分反應涉及碳-雜原子(主要是氮 ,氧,硫)鍵的形成；
（7）反應需要高的熱力學驅動力（>84kJ/mol）；
（8）點擊反應一般為化合（無副產物）或縮合反應（產物為水等小分子） 。
1. 藥物方面
Buckle等的研究顯示，三唑類衍生物是強有力的抗皮膚過敏性藥物，以小白鼠作為受體，顯示了良好的藥物活性。1，2，3-三唑取代的苯磺酰胺類化合物是人類β-腎上腺激素受體很強的選擇性收縮劑，藥理篩選實驗證明，其中4-三氟甲基芐基同系物是具有非凡作用。具有選擇性的小分子抗凝藥替卡格雷是一種1，2，3-三氮唑衍生物，該藥能可逆性作用于血管平滑肌細胞上的嘌呤亞型P2Ym對ADP引起的血小板聚集有明顯的抑制作用且口服使用后起效迅速，因此能有效改善急性冠心病患者的癥狀。
2. 先導化合物庫的合成
直接使用點擊組件模塊庫的構建過程對于新型分子藥物的快速組合合成是非常理想的，可以極大縮短先導化合物發(fā)現和結構優(yōu)化所需的時間。利用一些短的反應序列，點擊化學可以在實驗室大量制備結構復雜、新穎，并具有多樣性的化合物庫，如l，2-二取代乙烷衍生物庫、五元芳雜環(huán)化合物庫、1，2．3-三唑衍生物庫和非芳雜環(huán)化合物庫等。如Khanetskyy等哈成了包含有27個嘧啶酮為基本骨架的化合物庫。反應過程包括：甲基溴化，疊氮化，偶極環(huán)加成反應成環(huán)。反應中多步運用微波促進技術；并利用cu(D催化最后的成環(huán)反應，得到了較好的結果。
3. 靶標導向的活性小分子合成
應用靶標導(target-guided)的點擊化學可以發(fā)現高親和力的抑制劑，結構合適的疊氮基化合物與炔基化合物在酶活性中心的催化下能快速的生成立體專一的三氮唑化合物，合成酶自身的抑制劑。Sharpless等利用用生理條件下惰性的反應物，進行不可逆的靶標導向合成，得到高親和性的AChE抑制劑。
4. 糖蛋白
糖蛋白在生物制藥領域有著非常重要的地位，通常糖蛋白包含以N或O方式與蛋白質連接的寡糖，但糖肽鍵對酶水解非常敏感，限制了其新陳代謝的穩(wěn)定性。此外，由于糖基部分的消除容易抑制O-糖蛋白的合成組裝。點擊化學能克服合成和新陳代謝的不穩(wěn)定性，因此將點擊化學用于糖蛋白的合成非常適合Rutjes等用疊氮氨基酸和炔基配糖通過點擊反應在溫和的條件下合成了三唑糖氨基酸，且產率較高。Macmillan和Blanc對半胱氨酸硫醇進行化學選擇性的炔基團取代，清楚表明了點擊化學和自然化學連接(native chemical strategy)的兼容性。Westermann等將點擊化學與關環(huán)轉換反應(ring closing metathesis)相結合制備了大環(huán)糖脂模擬庫。
5. 生物探針和微陣列
功能化的平面在當今生物技術中起到重要的作用，例如在糖、DNA或蛋白質微陣列、生物傳感器或微流體設備中的應用；而高效的三唑連接非常適合于修飾有機或無機表面，因此近年來許多用于修飾基片平面的點擊化學方法被大量報道。糖陣列是用于篩選血凝素蛋白的高效能手段。Wong課題組最早使用點擊化學構建糖基微陣列，其目的是開發(fā)一種可實現的、高效能的篩選方法，用于類似血凝素蛋白質的識別。其中，疊氮基團修飾的半乳糖在室溫下通過CuI／DIPEA催化與疏水的丙烯酰胺發(fā)生環(huán)加成反應，然后丙烯酰胺再以非共價鍵的方式附于聚苯乙烯載體上。實驗表明綁定了D-半乳糖苷的蓖麻蛋白B血凝素蛋白能成功地被糖陣列篩選。Wong課題組還報道了一種使用點擊化學作為主要固定途徑的非共價鍵糖陣列，它可以用于Fuc-T抑制劑的高效能篩選。為開發(fā)更穩(wěn)定的高效能篩選方案。
6. 免疫熒光檢測
孫丹等報道了一種新型免疫熒光標記方法及其在細胞熒光檢測中的用。首先，合成了2個關鍵的化合物6-疊氮-己酸琥珀酰亞胺活性酯和4-乙炔基一Ⅳ-乙基-1，8-萘酰亞胺，并將合成的6-疊氮-己酸琥珀酰亞胺活性酯與抗her2抗體Anti—HPl5的游離氨基偶聯獲得疊氮化IgG；隨后通過銅離子化4-乙炔基-N-乙基-1，8-萘酰亞胺中的炔基與標記抗體的疊氮基團進行點擊化學反應，同時以NHS-FITC和NHS-Rhodamine標記的抗體為陽性對照，測定了該標記方法的靈敏度，結果與陽性對照相當。然后，在細胞水平上進行染色其檢出限可達0.1μg，結果表明，疊氮標記抗體可有效應用于免疫熒光染色分析。最后，采用激光共聚焦三通道復合熒光分析法對不同標記方法及其對應的免疫熒光顯色方法進行了研究，確認采用本文方法標記的抗體可與其它免疫熒光技術同時使用，且結果互不干擾。本研究通過開發(fā)一種新型的抗體標記技術，建立了一種新的免疫熒光抗體分析方法，并在細胞水平上進行了應用驗證，豐富了免疫熒光抗體檢測手段。該方法在未來的免疫研究中具備發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應用前景。
