北京时间10月5日17时45分许，2022年诺贝尔化学奖获得者名单在瑞典首都斯德哥尔摩揭晓。北京高考在线团队为大家整理了获奖名单及2022年诺贝尔化学奖高考考点：点击化学和正交化学，一起来看！

据诺贝尔奖官网消息，瑞典皇家科学院宣布，将2022年诺贝尔化学奖授予美国化学家卡罗琳·贝尔托西（Carolyn R. Bertozzi）、丹麦化学家摩顿·梅尔达尔（Morten Meldal）和美国化学家卡尔·巴里·夏普莱斯（K. Barry Sharpless），以表彰他们在点击化学和生物正交化学研究方面的贡献。

点击化学：用分子拼乐高

“点击化学”是个啥？“生物正交化学”又是在说什么？不必被陌生的词汇吓到，其实它们都是巧妙又实用的技术——就像拼乐高那样简单。

把“click chemistry”翻译成点击化学有点不好理解，Click其实描述的是那种把塑料积木或者插扣插到一起的感觉。简单说，点击化学就像是用分子来拼乐高：利用这种技术，可以像拼插积木那样简单高效地把小分子模块组合到一起，合成出人们所需要的化学分子。为了让普通的分子变成“可拼插积木”，研究者需要事先改造其化学结构，加入容易发生反应的“拼接插头”。

点击化学（Click Chemistry）是由美国诺贝尔化学奖获得者、史格堡研究院（Skaggs institute）化学生物研究所的研究员贝瑞·夏普利斯（K. Barry Sharpless）提出的一类反应。

这类反应一般是高产率，应用范围广，生成单一的不用色谱柱分离的副产物，反应具有立体选择性，易于操作，反应溶剂易于除去。

化学家们终于看到了希望，从此以后，不用精心设计繁杂的合成路线，而是用一种貌似拼搭乐高积木的方法，就可以得到自己的理想分子。

比较有名的点击化学反应是由夏普莱斯、梅尔达尔分别独立开发出CuAAC点击反应（一价铜离子催化的Huisgen叠氮化物-炔烃环加成反应）来看CuAAC反应的机理：

即CuAAC点击反应是一个经典的叠氮化物作为1,3偶极的环加成反应。

其中，一价铜离子作为催化剂，相当于是连接两种分子的重要枢纽，起到很好的“点击链接”作用，好比用鼠标点击了下合成按钮一般。

因此，特别提醒：叠氮化物、环加成反应及其机理，可能成为各类化学考试的重要考点！

比较有名的点击化学反应是由夏普莱斯、梅尔达尔分别独立开发出CuAAC点击反应（一价铜离子催化的Huisgen叠氮化物-炔烃环加成反应）。

Click Chemistry因其条件温和、选择性高而被广泛应用于制药和生物技术行业的生物偶联、生物标记和材料科学。点击化学反应可分为三类：

（1） Cu（I）-催化的叠氮-炔点击化学反应（CuAAC）；

（2） 应变促进的叠氮-炔点击化学反应 （SPAAC）,它是生物相容的。

（3） 四嗪和烯烃（反式环辛烯）之间的连接。这种高速反应也不含铜，是体内细胞标记的理想选择。

BroadPharm 提供500多种具有广泛官能团的高纯度点击化学工具（试剂或试剂盒）：叠氮化物、炔烃、DBCO、TCO、四嗪、BCN……

1.BCN

BCN试剂是一类含有高活性BCN（双环[6.1.0]壬炔）基团的点击化学试剂（图1），BCN试剂可以通过无铜点击化学与叠氮化物标记的分子或生物分子反应。它可以在水性缓冲液或有机溶剂中运行，具体取决于底物分子的特性。带有PEG臂的试剂会增加化合物的亲水性。BCN 试剂已广泛应用于生物偶联、标记和化学生物学。

2. 炔烃

炔试剂可以通过铜催化的叠氮化物-炔烃点击化学与含叠氮化物的化合物或生物分子反应，以产生稳定的三唑键。

3. 叠氮化物

叠氮化物点击化学是一种非常流行的化学，由于其条件温和、速度快和生物相容性好，被广泛应用于制药和生物技术领域。

第一代叠氮点击化学是通过叠氮 （N3） 与炔烃（如炔丙基）在铜催化剂存在下反应形成稳定的三唑键而实现的。

第二代叠氮化物点击化学通过叠氮化物分子与结构受限的炔烃（如 DBCO（二苯并环辛炔）或 BCN（双环 [6.1.0] 壬炔）轴承分子的反应）无需使用铜。

叠氮化物官能团的吸引力在于其在大多数条件下的高选择性和稳定性。当由于稳定性有限而必须使用其他共轭官能团时，或者需要仔细控制变量（如 pH 值）以确保高产率反应时，这些特性尤其有用。

4. DBCO

DBCO 试剂是一类点击化学标记试剂，含有非常活泼的 DBCO（（二苯并环辛炔）基团，DBCO 试剂可以通过无铜点击化学与叠氮化物标记的分子或生物分子反应。该反应可以在水性缓冲液或有机溶剂中进行溶剂取决于底物分子的性质。带有PEG臂的试剂会增加化合物的亲水性。DBCO试剂已广泛应用于生物偶联、标记和化学生物学。

5. TCO

TCO点击化学是第三代点击化学，由于其速度快和生物相容性好，广泛用于标记和生物偶联。它是 TCO（反式环辛烯）试剂和四嗪部分在逆电子需求狄尔斯阿尔德 （IEDDA） 反应中的反应，然后是逆向 DA 反应以消除氮气。

6. 四嗪

四嗪试剂是一类含有反应性四嗪基团的点击化学标记试剂，四嗪试剂与 TCO（反式环辛烯）在逆电子需求 Diels Alder 反应和逆 Diels Alder 反应中具有高反应性以消除氮气。这是在标记活细胞、分子成像和其他生物偶联应用中以低浓度进行生物偶联的非常快速的反应。

7. 点击反应配体

铜 （Cu（I）） 催化的叠氮化物-炔点击化学反应 （CuAAC） 的效率在很大程度上取决于铜离子 Cu（+I） 的存在。铜（I）离子容易被氧化和歧化，对活细胞也有细胞毒作用。带有叔胺和三嗪的配体可以稳定 Cu（I） 并加速反应。由于双正交性、低细胞毒性和反应速率，这些配体进一步扩展了 CuAAC在化学生物学中的应用。

正交化学

当然啦，最早一批惦记着点击化学的就是这次一同获得诺奖的贝尔托西。这位女士最大的贡献就是开创了正交化学。

什么是正交化学？这是第二个问题。说白了，正交化学就是发生在生物体内的化学反应，但是和正常的生物化学反应井水不犯河水，基本上没什么影响。这种你走你的阳关道，我走我的独木桥的模式，套用数学上的术语就是“正交”。这个数学名词往化学里一掺和，我们普通人就晕了呗。

过去贝尔托西一直在研究糖类，要知道，糖类也可以构成非常复杂的结构。她在研究一种聚糖如何引起免疫细胞吸引到淋巴结的时候遇到了困难，她缺乏对糖类示踪和定位的工具。

过去，我们用同位素标记，可以追踪蛋白质和核酸的位置。就是把蛋白质或者是核酸里的某些原子替换成带放射性的同位素原子。这样只要测一次放射性，就知道这些原子在哪里，就可以追踪定位了。

但是，这种实验是有风险的，毕竟放射性可不是闹着玩儿的，而且对实验室也有很高的要求，所以实用性不好。如果要追踪某个具体的蛋白，对不起那更是做不到，同位素标记是滚扫一大片。

第二代跟踪技术就是利用荧光蛋白，这就是2008年诺奖的研究内容了。这种方法的好处是可以精确到某种蛋白质，所以就成了主流的办法了。蛋白质都是有自己的功能的，你倒好，把这个蛋白改成荧光蛋白了，改动太大，会影响到生物体内原本的正常功能，这就会对实验结果造成影响。

那好啊，是不是可以把示踪的目标再选小一点，也就是缩小到分子级别，这种技术就是所谓的“单分子荧光成像技术”。这个技术已经拿过诺奖了。

贝尔托西选了一大圈，发现没有一个适合她所研究的糖类。最后她想到了点击化学技术。她要在聚糖分子上装一个卡扣，也就是一个叠氮基团。这个基团非常小，也不影响原来分子的功能，也不会与细胞里的其他东西反生反应，井水不犯河水。这就是所谓的“生物正交”。

那如何做到示踪呢？比如说在A物质上挂了一个卡扣，也就是一个叠氮基团，然后把A物质注射到小鼠的体内，随着新陈代谢开始在小鼠体内到处溜达。

几天以后，再注射带有插头的荧光标记物B。B进去以后，自己去找A物质的插座，“咔嚓”一声插好了。插好了就可以发荧光了，这不就把A的分布情况给标记出来了嘛。

贝尔托西遇到的麻烦是不能使用铜离子作为催化剂，因为铜离子对生物体是有毒性的。所以她研究出一种不依赖铜催化的化学反应，学名叫“应变促进的炔烃-叠氮化物环加成”。

这个过程并没有干扰生物的正常生物化学反应，所以是标准的“正交化学”。你看，点击化学和正交化学是联合起来应用的。所以，诺奖也是一起拿，贝尔托西也是实至名归。

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