Illustrations: © Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
Illustrations: © Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

2022 的諾貝爾化學獎的殊榮頒給了美國的 Barry Sharpless,丹麥的 Morten Meldal,及美國的 Carolyn Bertozzi,以表彰他們對於點擊化學 (click chemistry) 的貢獻。Sharpless 及 Meldal 發展了 Cu(I) 催化的炔烴-疊氮化物環加成(CuAAC),而 Carolyn Bertozzi 則將這個技術應用在探索腫瘤細胞表面的聚醣及癌症病人的臨床治療。事實上,Sharpless Group 其實也是長期與默克有密切合作的科學家之一!

現在,就讓我們一起看下去!

那麼,什麼是點擊化學 (Click Chemistry) ?

點擊化學的概念最早是在2001年 Barry Sharpless 所提出的一種概念,透過小單元的化學分子組合,高效率且高選擇性的完成各種分子,通過雜原子形成碳-雜原子鍵(C-X-C) 為基礎的一種新穎且快速的合成方法。也可藉由此方法引進功能性分子,應用於相關研究上。

最具代表性的點擊化學反應:炔烴–疊氮化物的加成反應

  1. 銅(I)催化的炔烴–疊氮環加成反應 (CuAAC)
  2. 張力促進的炔烴–疊氮環加成反應 (SPAAC)
  3. 張力促進的炔烴-硝酮環加成 (SPANC)

CuAAC 因為使用銅離子作為催化劑,在細胞內可能會產生毒性,而使用 Copper-free 的 SPAAC 替代,藉由環狀炔烴的環張力驅動環化加成反應進行,而不需使用銅離子催化劑SPAAC 常用的環辛炔烴除 DBCO 外,尚有 DIFO, BCN, DIBAC, DIBO, DBCO, ADIBO 等。

此外,下列反應也歸類於點擊化學的領域:

  • 許陶丁格反應(Staudinger reaction)
  • 降冰片烯環加成反應(Norbornene cycloaddition)
  • 氧雜降冰片二烯環加成反應(Oxanorbornadiene cycloaddition)
  • 四嗪偶聯反應(Tetrazine ligation)
  • [4+1]環加成反應([4+1] Cycloaddition)
  • 四唑光點擊化學(Tetrazole photoclick chemistry)
  • 四環庚烷偶聯反應(Quadricyclane ligation)

點擊化學的應用

  • 新藥研發:藉由點擊化學合成大量新穎化合物,並配合高速藥物篩選系統(High Throughput Screening),可快速篩選出先導藥物。
  • 生物分子標定及檢測:細胞表面醣修飾標記等應用。
  • 生物分子結合(bioconjugation):生物探針,Antibody-drug conjugates (ADCs)等應用。
  • 新材料與高分子應用:精確控制並建構聚合物結構,並可導入改變材料性質(例如機械強度,抗紫外光)的分子。
相關主題

Professor Barry Sharpless—點擊化學研究核心人物

Barry Sharpless 是歷史上第二位獲得兩次諾貝爾化學獎的科學家:2001 不對稱氧化反應 / 2022 點擊化學。

他最喜歡的名言之一,是愛因斯坦 (Albert Einstein) 所說:「如果某個點子一開始聽來就不夠古怪,這個點子就沒有什麼潛力了。」

Sharpless 極其富有創造力,且熱衷於化學研究,甚至曾在家裡的車庫做實驗而使眼睛受傷,但仍不減其對化學的熱忱。

Merck 致力於與全球頂尖科學家合作

Sharpless 其實也是長期與默克有密切合作的科學家之一!

Sharpless 近年也推出新的研究成果 SuFEx,新一代的點擊化學詳見主題介紹: SuFEx: Sulfonyl Fluorides that Participate in the Next Click Reaction