點擊化學及其在生物醫學領域的應用分析

羅詩琴

摘 要：點擊化學這一概念形成于對天然產物和生物合成途徑的觀察，是由化學家巴里·夏普萊斯于2001年引入的一個合成性的概念。并且這一概念提出至今，其高效率和富含多樣性的化學反應為合成化學領域注入了新的活力，近年來也成為生物學和醫學領域中最為廣泛使用的連接工具之一。本文主要介紹了點擊化學的概念、反應特征，介紹了其在藥物合成與開發、材料制作等生物醫學領域的應用，綜述了點擊化學作為一種新的合成方法在國內外生物醫學領域的最新進展，并對其未來的發展進行戰略分析。

關鍵詞：點擊化學；反應特征；化學合成藥物；生物學發展前景

一、研究背景

在20世紀初至80年代期間，是化學合成藥物的一個飛速發展的時期，它在生物學及藥用方面的應用為人類做出了巨大的貢獻。近些年來，隨著基因工程技術和人類基因組計劃的實施，生物技術藥物正在取代化學合成藥物，點擊化學的出現達到了化學合成對分子多樣性上的要求。同時新藥線的需求使大量新型分子的合成逐漸成為化學合成的急切任務，建立分子庫、發展分子多樣性成了重要的研究對象。點擊化學實際上就是利用碳雜原子成鍵反應來快速實現分子的多樣性。而隨著電子信息技術的全球化如各種尖端儀器和逐步提高的生物技術在為生物藥物研究帶來突破的同時，也為化學合成藥物帶來了新的思路和解決手段。當今世界研發新藥物的主題仍是化學合成藥物。在步入21世紀之后，人類對于化學合成藥物的需要更是迫切的，化學合成藥物仍然是最有效及最重要的治療藥物。

二、基本概念

點擊化學是通過許多基團的相互拼接，來快速地形成各式各樣的分子的一種化學合成方式。點擊化學實際上是指通過穩定、高效率而又富含自由選擇性的化學反應來實現碳雜原子的連接，從而實現快速合成并產生大量新的化合物的一種先進并且強而有效的合成方法。它主要突出了這種以碳雜原子鍵合成為基礎的化學合成的新方法，并借助這些點擊反應來簡單高效地獲得分子多樣性。點擊化學的主要代表反應為銅催化的疊氮炔基環加成反應。

點擊化學對于化學合成領域來說具有很大的應用價值，它通過一系列化學反應構建新的合成物質。這些反應能夠產生具有很強的立體選擇性的產物，且其副產物無害而對氧氣和水不敏感，說明利用點擊化學反應得到的產物具有相當高的穩定性。“點擊化學”主要用于研發和制造可用于醫學診斷和新型藥開發的新型合成藥物。目前，它被認為是一項非常理想的技術，已經被應用于藥物開發。

三、反應特征及類型

（一）反應特征

（1）反應速率很快；（2）該反應符合原子經濟模式。（3）后期產生的副產物是無害的；（4）有很強的立體選擇性；（5）反應過程操作及條件簡單；（6）反應物和反應試劑的獲取容易；（7）反應應用的范圍較為廣泛；（8）最好在水中進行該反應；（9）產物易通過結晶和蒸餾分離；（10）水和氧氣等對反應物的影響不大；（11）反應需要較高的熱學驅動力。

（二）反應類型機理

點擊化學反應主要有4種類型：（1）環加成反應；（2）親核開環反應；（3）非醇醛的羰基化學；（4）碳碳多鍵的加成反應。

四、點擊化學在生物學及重要領域的應用

點擊化學目前在國際上屬于高端研究項目，由于點擊化學的反應條件較為溫和、反應速率快、操作過程簡單且無副產物生成，尤其在生物化學和藥物合成等重要領域的應用都將非常廣泛。（1）在光電功能分子材料中的應用有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有超分子聚集體與分子自組裝，分子機器系統，分子識別與傳感。（3）近年來有機硅材料因其特殊結構和性能已成為材料科學研究領域的重點之一，利用點擊化學對有機硅化合物的功能化，逐步研發有機硅兩親性聚合物及有機硅彈性體的合成并利用到生物醫學和光電材料等方面，這對點擊化學在新型材料領域中的應用及其發展方向做了一個很好的鋪墊。（4）利用“點擊化學”反應開發了一種新方法用于谷胱甘肽化組學的研究。谷胱甘肽化是蛋白質在翻澤后修飾產生的一種，由谷胱甘肽與蛋白質的半胱氨酸殘基形成二硫鍵。蛋白質的谷胱甘呔化能夠調控能量代謝、信號轉導、蛋白質穩態等諸多細胞過程。進行蛋白質谷胱甘肽化組學研究對于理解生物體內氧化還原信號轉導具有重要意義。在細菌和果蠅中，使用該方法分別鑒定到了937個和1930個潛在的谷胱甘肽化的多肽。 （5）點擊化學法制備四硅型偶聯劑及性能研究。點擊化學法將單硅型偶聯劑單體巰丙基三甲氧基硅烷與四乙烯基四甲基環四硅氧烷反應獲得四硅型偶聯劑，使其反應產率為96%。同時，利用紅外光譜、核磁共振光譜對產物結構進行了表征，這兩項技術的應用無疑又為點擊化學在制造業鞏固了其利用價值。（6）蛋白質組學研究：點擊化學未來必將成為蛋白質組學研究的更強有力的合成手段。在有關藥物的研究發現中顯示出這樣一個問題，應用光親和標記技術會對藥物的發現起到更大的推動作用，這無疑告訴我們點擊化學在生物醫藥研究方面將會產生巨大的影響力。

五、點擊化學發展分析

點擊化學是目前生物學領域中最具研究價值的化學合成工具之一，它的研究對人類研發更多有益的藥物有很大的幫助，但由于其研究仍處于發展階段，還有一些問題正等待我們去解決，然而其背后巨大的價值仍需要我們投入更多的精力去大力開發。

六、結語

點擊化學不僅僅只是一項新技術的研究與發展，它更重要的意義是造福人類，為人類的健康提供不可估量的幫助，合成藥物意味著在不久的將來，我們會通過該項技術攻破許多未解的醫學難關。點擊化學將會成為一項理想而又強大的新技術。

參考文獻：

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