“點擊化學”（Click chemistry），又譯為“鏈接化學”、“動態組合化學” （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和生物醫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

點擊化學指的是在一定環境條件（溫和、含水）下，一對功能性基團彼此快速、有選擇性地相互反應（“咔嚓”）。即兩個相兼容的具有點擊功能基團A和B被激活^[1-5]，被激活的兩個分子形成穩定的偶聯體。

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、副產物無害等優點，被廣泛應用于生物學^[6-8]、藥物開發^[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、對環氧和氮雜環丙烷的親核加成要求有氫鍵的環境，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定。

8、原料易的，高產率，區域/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定性和反應遲緩的限制，目前研究重心主要轉移到力引發的的疊氮-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良的底物性質

ü   試驗適用條件的優化（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-環辛炔反應為基礎的(ADIBO = DBCO = DIBAC)（圖3）。

基于雜氮芐基-環辛炔(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化

ü   適合與四氮雜苯-反式環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辛烯（TCO）分子B反應，從而通過一部分二氫毗嗪形成一個穩定的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，不需大量的條件優化

適用于與力引發的疊氮-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.