夏普莱斯：点击未知的化学世界

　　中化新网讯　　“在制造新型化合物的合成化学领域，‘点击化学’是一种简单的合成方式。它能将分子片段‘搭扣’起来，从而拓展合成材料或物质的结构，逐步揭开未知的化学世界。”4月7日，应邀参加厦门大学90周年校庆的2001年诺贝尔化学奖获得者、美国科学家巴里·夏普莱斯教授在化学报告厅，与师生们分享了他在化学研究领域取得的成果。

    　“点击化学”是夏普莱斯提出的一种快速合成大量化合物的新方法, 是继组合化学之后又一项给传统有机合成化学带来重大革新的合成技术。“化学家不可能像活体细胞那样去掌控反应,也制造不出像蛋白质那样的多功能大分子，但如果以获得化学功能为目标,就需崇尚一条规则，即步骤简单。”

    　“搭扣反应”简单快捷

    　有人计算过,仅用9种最常见元素就可以组成1063种小分子。但因合成手段有限，化学家往往局限于在熟悉的领域寻找具有新功能的分子结构。

    　在现代化学150余年的历史中,已经发展出多种将分子片段相互连接的技术，其中有很多的方法必须在严格控制下精心操作高活性反应物方能实现。2001年, 夏普莱斯教授给那些最佳的化学反应起了一个名字——“点击化学”。它们易于操作,能高产率生成目标产物,很少甚至没有副产物,在许多条件下反应良好(通常在水中特别好) ,而且不会受相连在一起的其他官能团影响。

    　“点击”这个绰号意味着用这些方法把分子片段拼接起来，就像将搭扣的两部分“喀哒”扣起来一样简单。无论搭扣自身如何，只要搭扣连接的两部分碰在一起,就能相互结合起来。而且搭扣的结构决定了相联的两部分只能彼此结合。

  　  从自然界中找到灵感

    　夏普莱斯教授概括道：“反应性-连接性-性能/功能，这就是‘点击化学’。而且CONNECTIONS（连接）这个单词恰好包含3个氮原子（N）和2个碳原子（C），而碳原子、氮原子构成的不饱和键，恰恰是选择性反应中常用的官能团。”

    　“点击化学”的概念最早来自化学家对天然产物和生物合成途径的观察。仅仅凭借二十余种氨基酸和十余种初级代谢产物，自然界通过拼接就能合成出极其复杂的生物分子（蛋白质和多糖）。

 
    　与近年来重视碳-碳键形成的有机化学方向不同,“点击化学”绝大部分反应涉及碳-杂原子（主要是氮，氧，硫）键的形成。

　　夏普莱斯教授认为，其实“点击化学”的基本原理很简单，片断的连结反应越能抵抗外界影响,得以连结的片断就越多样。而“点击化学”的神奇之处，也正是开创了一整套以含杂原子单元C-X-C（X为非碳原子）为基础的组合化学新方法, 用少量简单可靠并具备高选择性的化学转变来获得更广泛的分子多样性。

    　化学合成领域掀起风暴

    　“点击化学”的行动和目标在非催化及铜催化的叠氮化物-炔环加成反应中体现得最充分。夏普莱斯教授结合以铜作为催化剂的具体化学反应进行了针对性讲解。

 
  　  他说，十年前，化学家发现了CuAAC（铜催化过程）反应。由于叠氮化物和炔烃对其它所有试剂均为惰性且相互反应缓慢，而被用来在酶这一“反应容器”中去组装那些能与酶紧密结合的分子，即“原位点击化学”。这样，用叠氮化物和炔烃，就可以标记那些能够结合酶上相近位置的分子。这一技术不需要事前了解目标酶的结构,也不需要对酶进行活性测试，只需用质谱探测是否有三唑环产物生成,就能证明是否诞生了一个极佳的酶抑制剂。

   　 现在，应用“原位点击化学”已经发现了多种酶的高亲和力抑制剂。这项技术作为对传统药物合成与筛选方法的补充,被世界上很多实验室和药物公司所采用。

    　此外，铜催化反应还在有机和材料科学中得到了极其广泛的应用，包括合成生物活性化合物、制备蛋白和聚核苷酸的共轭体、合成染料、对已知高分子改进和合成新型高分子、创造响应材料以及以共价键连结目标结构等。

    　夏普莱斯教授说，十年来，“点击化学”发展迅速，以其作为检索关键词，可以搜索到相关论文千余篇，药物开发领域也衍生出“原位点击化学”等概念。由于具有高效和高控制性，“点击反应”已渗透到先导化合物库的建立、新药开发和聚合物的合成等领域，在化学合成领域掀起了一场风暴。