“點擊化學”（Click chemistry），又譯為“鏈接化學”、“動態(tài)組合化學” （Dynamic Combinatorial Chemistry）、“速配接合組合式化學”，是由化學家巴里·夏普萊斯（K B Sharpless）在2001年引入的一個合成概念，主旨是通過小單元的拼接，來快速可靠地完成形形色色分子的化學合成。它尤其強調開辟以碳-雜原子鍵（C-X-C）合成為基礎的組合化學新方法，并借助這些反應（點擊反應）來簡單高效地獲得分子多樣性。
點擊化學應用于藥物開發(fā)和生物醫(yī)用材料等的諸多領域中，它已經成為目前很為有用和吸引人的合成理念之一。
一、點擊化學的反應原理
形象比喻
} “點擊”意味著用這些方法把分子片段拼接起來就像將搭扣2部分“喀噠”扣起來一樣簡單。無論搭扣自身接著什么，只要搭扣的2部分碰在一起，它們就能相互結合起來，而且搭扣的2部分結構決定了它們只能和對方相互結合起來。
點擊化學具有包括高選擇性、合成反應快速、反應條件簡單，不使用溶劑或在良性溶劑中進行，最好是水、副產物無害等優(yōu)點，被廣泛應用于生物學[6-8]、藥物開發(fā)[9]和材料學[10]等領域。
水相點擊化學
1、點擊反應容易在熱水中發(fā)生——可能是由于有機物分子在水中有著很高的分離速率常數，增強其反應活性。
2、對環(huán)氧和氮雜環(huán)丙烷的親核加成要求有氫鍵的環(huán)境，所以水是很好的溶劑。
3、對于烯/炔-點擊反應，需要可極化的親核/親電試劑，而水分子可以很好地將難極化的分子和易極化的分子區(qū)分開來。
二、點擊化學的反應特征
1、反應模塊化。如疊氮和炔基都能生成含有三唑的化合物。
2、起始原料或反應物易得。
3、反應操作簡單，條件溫和，對氧氣和水不敏感。
4、不需溶劑或用一些易于除去的溶劑，如水。
5、反應具有立體選擇性，但不要求對映異構選擇性。
6、產物易分離，后處理簡單。反應收率高，副產物少。
7、產物在生理條件下穩(wěn)定。
8、原料易的，高產率，區(qū)域/立體專一性。
三、點擊化學的反應類型
特殊生物分子標記要求反應過程可在生理條件（中性ph、水溶液、室溫）和低反應物濃度下進行，在適當的時間范圍確保無毒性和低本底的標記，同時保留生物學功能。在多余的可能性反應中，一般只有少量符合反應的必要性、選擇性和生物相容性條件。
點擊化學歸為兩類：銅催化和無銅反應。
（1）銅（I）催化疊氮化物-炔烴反應（Cu(I)- catalyzed Azide - Alkyne Click Chemistry reaction，CuAAC）；
（2）力引發(fā)的的疊氮-炔基偶合反應（Strain-promoted Azide - Alkyne Click Chemistry reaction，SPAAC）；
（3）四氮雜苯-反式環(huán)辛烯連接反應（Tetrazine–trans- Cyclooctene Ligation，TCO）。
反應（1）依賴Cu（I）離子催化進行反應，而反應（2）和（3）可在無金屬離子條件下進行反應。
比較知名的無銅疊氮化物-磷化氫反應（施陶丁格連接）由于受到磷化氫的不穩(wěn)定性和反應遲緩的限制，目前研究重心主要轉移到力引發(fā)的的疊氮-炔基偶合反應—TCO連接反應。
四、如何選擇合適的點擊化學反應？
一般來說，我們根據選擇性、反應性、生物相容性和穩(wěn)定性選擇合適的點擊化學反應。
1. Cu(I)-catalyzed Azide-Alkyne Click Chemistry (CuAAC) reaction[1]
這是常用的反應，一個功能化的疊氮化物分子A和功能化末端炔烴分子B反應，通過一部分苯三唑形成穩(wěn)定的A-B結合物（圖2）。
由于末端炔烴與疊氮化物基本不會發(fā)生反應，CuAAC反應效率主要依賴金屬催化劑，如帶+1電荷的氧化態(tài)Cu（I）。也可使用不同的銅來源和還原劑，如與連接抗壞血酸的CuSO4 提供Cu(II) 鹽也應用于大部分生物分之標記中[11,12]。
CuAAC反應在活性細胞中的應用受到Cu（I）離子毒性的限制，通過使用Cu（I）螯合配體如THPTA可以解決這個問題，它可提供雙重作用：（1）通過維持Cu（I）氧化狀態(tài)促進CuAAC反應；（2）保護生物分子免受氧化性損傷。
如果你要開始建立和優(yōu)化CuAAC反應體系，可參考Presolski [11] 和 Hong [12] 提供的通用方法。
特點：
ü 小型的疊氮化物和炔烴具有優(yōu)良的底物性質
ü 試驗適用條件的優(yōu)化（類型&銅來源、還原劑和銅配體)
ü 適用于對銅毒性不礙事的實驗(不推薦用于體內或活細胞標記)
反應速率較慢（相對其它兩種反應）
2. Strain-promoted Azide-Alkyne Click Chemistry (SPAAC) reaction
銅離子的細胞毒性常常限制了CuAAC反應的應用。無銅離子和非毒性的疊氮化物標記方法是SPAAC反應[3]，它通過使用相對末端炔具有顯著減少活化能的環(huán)辛炔（strained cyclooctynes），因此不需要外源的催化劑[13]。
許多結構多種多樣的環(huán)辛炔衍生物（如DIFO、BCN、DIBAC、DIBO、ADIBO）已經研制出來，在反應動力學和親水性方面差異很大。我們的SPAAC結合化學是以雜氮芐基-環(huán)辛炔反應為基礎的(ADIBO = DBCO = DIBAC)（圖3）。
基于雜氮芐基-環(huán)辛炔(ADIBO=DBCO)的試劑具有高反應活性和足夠的親水性[14,15]，因此低本底功能性疊氮化物分子標記[16]甚至比CuAAC反應效率更高。而且疊氮化物-DBCO反應選擇性高 ，因此理想地適合和四氮雜苯-反式環(huán)辛烯連接反應進行雙重標記方法[17]。
特點：
ü 檢測小分子疊氮化物比CuAAC反應更快
ü 不需要銅離子，無毒性
ü 沒有催化劑或者配體，因此無需大量的條件優(yōu)化
ü 適合與四氮雜苯-反式環(huán)辛烯連接反應進行雙標記方法
3. Tetrazine-trans-Cyclooctene Ligation
四氮雜苯-反式環(huán)辛烯連接反應組成一種快速、無毒性生物分子標記方法，可理想的用于體內細胞標記和低濃度使用。一個功能化四氮雜苯分子A和一個功能化反式環(huán)辛烯（TCO）分子B反應，從而通過一部分二氫毗嗪形成一個穩(wěn)定的A-B結合物（圖4）。
一些結構多樣的烯烴和四氮雜苯衍生物在反應動力學和穩(wěn)定性方面具有很大的不同。TCO與四氮雜苯的反應活性較高[18,19]。
四氮雜苯衍生物與TCO的反應活性取決于位置3（圖4，R1）和位置6 (圖4，R2)的取代基。目前已篩選出2種不同反應活性和穩(wěn)定性的四氮雜苯，以滿足不同的要求。如果快速反應動力學是主要因素，四氮雜苯 (R1=phenyl, R2=H) 試劑是理想的選擇，而6-甲基-四氮雜苯 (R1=phenyl, R2=CH3) 試劑則適用于化學穩(wěn)定性要求較高的反應[18]。
特征：
ü 快速點擊化學反應，適合體內細胞標記和低濃度反應。
ü 無需銅離子，無毒
ü 無催化劑或者配體，不需大量的條件優(yōu)化
適用于與力引發(fā)的疊氮-DBCO偶合反應[17]
五、點擊化學試劑的選擇
Overview of available CLICK Reagents
Selected References
[1] Kolb et al. (2001) Click chemistry: diverse chemical function from a few good reactions. Angew. Chem. Int. Ed. 40 (11):2004. [2] Sletten et al. (2009) Bioorthogonal Chemistry: Fishing for Selectivity in a Sea of Functionality. Angew. Chem. Int. Ed.48:6998. [3] Jewett et al.(2010) Cu-free click cycloaddition reactions in chemical biology. Chem. Soc. Rev. 39(4):1272. [4] Best et al. (2009) Click Chemistry and Bioorthogonal Reactions: Unprecedented Selectivity in the Labeling of Biological Molecules. Biochemistry.48:6571. [5] Lallana et al. (2011) Reliable and Efficient Procedures for the Conjugation of Biomolecules through Huisgen Azide–Alkyne Cycloadditions. Angew. Chem. Int. Ed. 50:8794.
[6] Grammel et al. (2013) Chemical Reporters for biological discovery. Nature Chemical Biology 9:475. [7] Xie et al. (2013) Cell-selective metabolic labeling of biomolecules with bioorthogonal functionalities. Current Opinion in Chemical Biology 17:747. [8] Su et al. (2013) Target identification of biologically active small molecules via in situ methods. Current Opinion in Chemical Biology17:768. [9] Zeng et al. (2013) The Growing Impact of Bioorthogonal Click Chemistry on the Development of Radiopharmaceuticals. J Nucl Med 54:829. [10] Evans et al. (2007) The Rise of Azide–Alkyne 1,3-Dipolar 'Click' Cycloaddition and its Application to Polymer Science and Surface Modification. Australian Journal of Chemistry 60(6):3
[11] Presolski et al. (2011) Copper-Catalyzed Azide-Alkyne Click Chemistry for Bioconjugation. Current Protocols in Chemical Biology 3:153.
[12] Stanislav et al. (2009) Analysis and Optimization of Copper-Catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition for Bioconjugation. Angew. Chem. Int. Ed. 48:9879.
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