“点击化学”到底是什么?

点击化学(Click Chemistry)既是一类反应,又是一种策略,一种方法。(bu)简(yan)单(jin)来说点击化学就是很完美的化学反应,只要一个化学反应达到反应快,产率高,无副产物,对空气和水不敏感等人们追求到极致的反应要求,就可以称为点击化学。对于点击化学的具体定义及限制范围,下文会有详细说明。

Click Chemistry中的“Click” 来自于美国人常说的一句话:“Click it or ticket!”。"Click"描述的是扣紧安全带这个动作,强调的是这一形式的简单。再广义点,可理解为高效,迅速。

“Click it or ticket(不系上就罚款)”,是美国国家公路交通安全管理局的一项宣传活动,旨在加强美国年轻人对安全带的使用。

---Wikipedia

【专业知识】“点击化学”到底是什么?

其实该术语翻译为“点击化学”有着极大的迷惑性,会让人很不理解。称为"速配接合组合式化学",可能更贴切一些。

在2001年,K. Barry Sharpless教授区别于“Process Chemistry”首次提出了“Click Chemistry”的概念。(Angew. Chem. Int. Ed.2001, 40, 2004 -2021)

 

K. Barry Sharpless

Organic/Inorganic Chemist

W. M. Keck Professor of Chemistry

The Scripps Research Institute (TSRI)

K. Barry Sharpless(巴里·夏普莱斯)教授,出生于1941年,无机或有机化学家,现任职于斯克利普斯研究所。2001年,巴里·夏普莱斯教授因在“手性催化氧化反应”领域取得重大成果而获得当年的诺贝尔化学奖。

---Wikipedia

起初定义与要求

点击化学强调利用碳-杂原子键(C-X-C)连接方式,通过小单元拼接合成目标分子。旨在获得非常有用、有选择性、模块化的合成砌块,使其能够可靠地应用在小量和大量反应中。研究此类通过模块化的反应,快速高效构建目标分子方法的科学,称为“点击化学”。

1.点击化学基本要求

——反应必须是模块化的

——反应范围广

——产率极高

——产生的副产物无害并可通过非色谱法除去

——具有立体专一性(但对映选择性不是必要的)

2.对反应过程的要求

——反应条件简单(理想状态下,对氧和水都不敏感)

——原料和试剂简单易得

——使用无溶剂条件,或温和的溶剂(如水)或易除去的溶剂

——产物分离简单。如需要,产物分离必须使用非色谱方法,如重结晶、蒸馏等。

——产物在生理条件下必须稳定。

修订版本

由于最初定义“点击化学”时,主要考虑到的是其在合成生物活性分子上的应用。没想到,点击化学概念一提出,却对高分子化学领域产生了巨大的影响。点击化学的飞速发展暴露了其在定义上的一些不足,在接下来的近十年内,尤其是高分子合成领域,出现了滥用“点击化学”这一概念的现象。

“点击化学在本质上是高效的反应,但不是所有高效的反应都可称为点击化学。如果不对此概念加以限制,那么该术语将毫无意义。”

——Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,60–62

为防止此类情况再出现,几位业界大牛( Christopher Barner-Kowollik, Filip E. Du Prez, Pieter Espeel, Craig J. Hawker, Thomas Junkers, Helmut Schlaad, Wim Van Camp)为点击化学的定义做了进一步限制。修改后的延续原始定义,但标准更为详细具体。

【专业知识】“点击化学”到底是什么?

(蓝:最初由Sharpless定义的。绿和蓝绿:修改后的关于高分子合成化学的要求)

修改后的要求:

——equimolarity(等摩尔。即原料比例为1:1)

——large-scale purification(可大量纯化)

——fast timescale(时间短)

——high yields(产率高)

——stable compounds(产物稳定)

——modular(模块化)

——wide in scope(范围广)

——chemselective(有化学选择性)

——single reation trajectory(反应单一)

点击化学基于模块化简单理解,就如同拼接积木,只关心分子间是否能拼接,而不管反应本身的一些细节)正交(可简单理解为反应单一,只有所选底物之间才能反应)的理念,让合成以功能和性质为导向,回归到“化学合成是一门工具”的本质。

点击化学自2001年提出以来,在医药开发,生物化学,高分子等领域显现出巨大的应用价值。但毕竟发展不到20年,绝对属于新兴领域,难免有许多不足,所以还需要不断的改进和完善。

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