点击化学及其在生物医学领域的应用分析

罗诗琴

摘 要：点击化学这一概念形成于对天然产物和生物合成途径的观察，是由化学家巴里·夏普莱斯于2001年引入的一个合成性的概念。并且这一概念提出至今，其高效率和富含多样性的化学反应为合成化学领域注入了新的活力，近年来也成为生物学和医学领域中最为广泛使用的连接工具之一。本文主要介绍了点击化学的概念、反应特征，介绍了其在药物合成与开发、材料制作等生物医学领域的应用，综述了点击化学作为一种新的合成方法在国内外生物医学领域的最新进展，并对其未来的发展进行战略分析。

关键词：点击化学；反应特征；化学合成药物；生物学发展前景

一、研究背景

在20世纪初至80年代期间，是化学合成药物的一个飞速发展的时期，它在生物学及药用方面的应用为人类做出了巨大的贡献。近些年来，随着基因工程技术和人类基因组计划的实施，生物技术药物正在取代化学合成药物，点击化学的出现达到了化学合成对分子多样性上的要求。同时新药线的需求使大量新型分子的合成逐渐成为化学合成的急切任务，建立分子库、发展分子多样性成了重要的研究对象。点击化学实际上就是利用碳杂原子成键反应来快速实现分子的多样性。而随着电子信息技术的全球化如各种尖端仪器和逐步提高的生物技术在为生物药物研究带来突破的同时，也为化学合成药物带来了新的思路和解决手段。当今世界研发新药物的主题仍是化学合成药物。在步入21世纪之后，人类对于化学合成药物的需要更是迫切的，化学合成药物仍然是最有效及最重要的治疗药物。

二、基本概念

点击化学是通过许多基团的相互拼接，来快速地形成各式各样的分子的一种化学合成方式。点击化学实际上是指通过稳定、高效率而又富含自由选择性的化学反应来实现碳杂原子的连接，从而实现快速合成并产生大量新的化合物的一种先进并且强而有效的合成方法。它主要突出了这种以碳杂原子键合成为基础的化学合成的新方法，并借助这些点击反应来简单高效地获得分子多样性。点击化学的主要代表反应为铜催化的叠氮炔基环加成反应。

点击化学对于化学合成领域来说具有很大的应用价值，它通过一系列化学反应构建新的合成物质。这些反应能够产生具有很强的立体选择性的产物，且其副产物无害而对氧气和水不敏感，说明利用点击化学反应得到的产物具有相当高的稳定性。“点击化学”主要用于研发和制造可用于医学诊断和新型药开发的新型合成药物。目前，它被认为是一项非常理想的技术，已经被应用于药物开发。

三、反应特征及类型

（一）反应特征

（1）反应速率很快；（2）该反应符合原子经济模式。（3）后期产生的副产物是无害的；（4）有很强的立体选择性；（5）反应过程操作及条件简单；（6）反应物和反应试剂的获取容易；（7）反应应用的范围较为广泛；（8）最好在水中进行该反应；（9）产物易通过结晶和蒸馏分离；（10）水和氧气等对反应物的影响不大；（11）反应需要较高的热学驱动力。

（二）反应类型机理

点击化学反应主要有4种类型：（1）环加成反应；（2）亲核开环反应；（3）非醇醛的羰基化学；（4）碳碳多键的加成反应。

四、点击化学在生物学及重要领域的应用

点击化学目前在国际上属于高端研究项目，由于点击化学的反应条件较为温和、反应速率快、操作过程简单且无副产物生成，尤其在生物化学和药物合成等重要领域的应用都将非常广泛。（1）在光电功能分子材料中的应用有新型非线性光学材料，有机、聚合物半导体材料，其他光电功能分子材料。（2） 在有机功能超分子结构与信息系统中的应用有超分子聚集体与分子自组装，分子机器系统，分子识别与传感。（3）近年来有机硅材料因其特殊結构和性能已成为材料科学研究领域的重点之一，利用点击化学对有机硅化合物的功能化，逐步研发有机硅两亲性聚合物及有机硅弹性体的合成并利用到生物医学和光电材料等方面，这对点击化学在新型材料领域中的应用及其发展方向做了一个很好的铺垫。（4）利用“点击化学”反应开发了一种新方法用于谷胱甘肽化组学的研究。谷胱甘肽化是蛋白质在翻泽后修饰产生的一种，由谷胱甘肽与蛋白质的半胱氨酸残基形成二硫键。蛋白质的谷胱甘呔化能够调控能量代谢、信号转导、蛋白质稳态等诸多细胞过程。进行蛋白质谷胱甘肽化组学研究对于理解生物体内氧化还原信号转导具有重要意义。在细菌和果蝇中，使用该方法分别鉴定到了937个和1930个潜在的谷胱甘肽化的多肽。 （5）点击化学法制备四硅型偶联剂及性能研究。点击化学法将单硅型偶联剂单体巯丙基三甲氧基硅烷与四乙烯基四甲基环四硅氧烷反应获得四硅型偶联剂，使其反应产率为96%。同时，利用红外光谱、核磁共振光谱对产物结构进行了表征，这两项技术的应用无疑又为点击化学在制造业巩固了其利用价值。（6）蛋白质组学研究：点击化学未来必将成为蛋白质组学研究的更强有力的合成手段。在有关药物的研究发现中显示出这样一个问题，应用光亲和标记技术会对药物的发现起到更大的推动作用，这无疑告诉我们点击化学在生物医药研究方面将会产生巨大的影响力。

五、点击化学发展分析

点击化学是目前生物学领域中最具研究价值的化学合成工具之一，它的研究对人类研发更多有益的药物有很大的帮助，但由于其研究仍处于发展阶段，还有一些问题正等待我们去解决，然而其背后巨大的价值仍需要我们投入更多的精力去大力开发。

六、结语

点击化学不仅仅只是一项新技术的研究与发展，它更重要的意义是造福人类，为人类的健康提供不可估量的帮助，合成药物意味着在不久的将来，我们会通过该项技术攻破许多未解的医学难关。点击化学将会成为一项理想而又强大的新技术。

参考文献：

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[2]张慧梓，徐佳佳，李耀宗，王锐.无铜（Ⅰ）催化的点击化学[J].化工时刊，2010（05）.

[3]杨奇志，刘佳，蒋序林.点击化学在生物医用高分子中的应用[J].化学进展，2010（12）.