诺贝尔奖授予 "点击化学":一种构建分子的环境友好方法

诺贝尔奖授予 "点击化学":一种构建分子的环境友好方法

首页休闲益智点亮细胞更新时间:2024-07-30

2022年诺贝尔化学奖已授予开发点击化学的三人组,点击化学是一种快速连接分子的环保方法,用于开发癌症治疗方法、制造材料和照亮细胞的工作原理。【点击化学(Click chemistry),又译为“链接化学”、“速配接合组合式化学”,是由化学家巴里·夏普莱斯(K B Sharpless)在2001年引入的一个合成概念,主旨是通过小单元的拼接,来快速可靠地完成形形色色分子的化学合成。】

美国斯坦福大学的卡罗琳·贝尔托西(Carolyn R. Bertozzi)、丹麦哥本哈根大学的摩顿·梅尔达尔(Morten Meldal)和同样在美国的斯克里普斯研究中心的卡尔·巴里·夏普莱斯(K. Barry Sharpless)将分享1000万瑞典克朗(808,554英镑)的奖金,用于 "发展点击化学和生物正交化学"。

化学创造了现代世界,从药物到合成材料,从电池到燃料,从平面屏幕到肥料。这些创造往往造成环境和医疗问题,两个明显的例子是塑料污染和与 "永远的化学品 "有关的健康问题。

因此,今天的化学家敏锐地意识到需要考虑他们的创造对环境和道德的影响。这促使科学家们仔细考虑如何以绿色和可持续的方式进行创新,同时创造新的化合物和材料来应对世界的挑战。

制造新的分子是困难的。它往往需要大量连续的单独反应,每一个反应都会受到降低样品纯度的副反应的阻碍。这增加了任何进一步反应步骤的数量和复杂性,同时产生有害的废物,需要仔细和昂贵的处理。

问题提出:它是如何发生的


这个问题的解决方案是由巴里·夏普莱斯(K. Barry Sharpless)在千禧年之交设想出来的。他创造了 "点击化学 "这一术语。这是一个概念,在这个概念中,分子被简单、快速、可靠和重复地连接在一起,就像安全带夹在它的扣子上一样。这个想法相当于化学上的平装衣柜,而其他人则从头开始建造家具。


夏普莱斯(Sharpless)还规定,点击反应应在水中进行,而不是合成化学家通常用来溶解反应物的有害溶剂。这是一个神奇的概念,因为它将允许为新产品快速、可靠和环保的分子创造。

但挑战在于制作化学带扣。点击化学的第一个例子是由摩顿·梅尔达尔(Morten Meldal)在2008年设计的,当时他正在研究两种化学品之间的反应;叠氮化物和炔类。它们经常被用来将化学品连接在一起,然而它们通常会产生一个反应物的泥泞混乱。但是当铜被添加到混合物中时,该反应产生了一个令人难以置信的稳定产品。

该反应变得非常流行,因为它允许化学家迅速改变一种化学品或材料的功能。一种纤维可以在制造过程中附加化学扣,随后可以添加额外的功能。该反应使人们可以很容易地加入抗菌剂、紫外线保护化合物或导电的物质。

2004年,卡罗琳·贝尔托西(Carolyn R. Bertozzi)通过将该原理应用于生物问题,使点击化学更进一步。研究分子在细胞中的行为的一种常见技术是附加一个在显微镜下清晰可见的荧光、发光标签。然而,将标签准确地连接到细胞的正确部位是很困难的。



贝尔托西(Bertozzi)意识到,点击化学提供了一个解决方案。不幸的是,梅尔达尔(Meldal)最初的点击化学方法中使用的铜对生物是有毒的,所以它不能直接应用于贝尔托西(Bertozzi)的问题。相反,她想出了一种没有铜的技术。她将叠氮化物 "扣 "连接到一个糖分子上。这被吸收到细胞中,被纳入,并呈现在细胞表面。然后,一个与绿色荧光分子相连的改性烷烃(夹子)被添加到细胞中,在那里它与叠氮化物糖相接。然后,在显微镜下可以很容易地追踪到该细胞。

贝尔托西(Bertozzi)的技术使人们了解到肿瘤细胞如何逃避我们的免疫系统,并帮助开发了追踪癌细胞的方法。它还有助于将放射治疗直接瞄准癌细胞,减少对附近健康细胞的伤害。

点击化学是优雅而高效的。它使化学品几乎像点击两块乐高积木一样顺利地连接在一起。它的简单性使得它的用途在化学领域迅速蔓延,应用于制药、DNA测序和具有附加功能的材料(如磁和电)。毫无疑问,该技术的应用将扩大,并被应用于世界上最紧迫的问题。


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