什麼是點擊化學?

就是夏普萊斯那個點擊化學,請問國內有人研究么?
然後考研的話考哪個方向可以接觸這個?
求大神


「點擊化學」這個詞真是我見過的最渣的專業名詞譯名。


大概是這麼個感覺,不知道和「點擊」有什麼關係,我看叫「『啪啪啪』反應」更形象O__O"…

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稍微解釋下,click reaction一般指具有如下特徵的有機反應:

高產率
無副產物
高選擇性(立體,區域)
對水氧不敏感
反應條件溫和
與其他反應正交
底物選擇廣
後處理簡單
。。。等有機磚工們能想到的各種好處

並非特指某一個反應,炔和疊氮的環加成反應是其中應用最多的一種
其他的還有thio-ene, Diels-Alder用的比較多的。

想全面了解請自行搜索最新的review看


在有機化學和高分子化學領域,點擊化學的使用越來越廣泛。聽起來名字好像有點不知所云,實際上所謂的「點擊」就是他的提出者K.B.Sharpless為了便於傳(zhuang)播(bi)瞎編的一個朗朗上口的稱號罷了。至於為什麼選擇這麼一個差勁的名字,我的理解是可能希望化學反應像點擊滑鼠一樣點一下就成功?


那麼到底什麼反應可以歸屬到「點擊化學」的範疇里呢?最簡單的理解就是:高效的偶聯反應。當然,僅僅是這麼一個優點就顯得太low了,Sharpless將點擊化學同時賦予了如下屬性(H. C.
Kolb, M. G. Finn, K. B. Sharpless Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2004):

1.
模塊式的合成

2.
產率高

3.
無副產物或者無害的副產物

4.
反應條件簡單,最好對水對氧氣都不敏感

5.
原料易得

6.
產物易分離

7.
反應速度快,選擇性高

……

於是你都不用讀下去就明白了,還什麼點擊化學,無非就是我等化學工作者中夢寐以求的完美化學反應的定義嘛。但是另一方面大家也能感受到,即便是提出者,對「點擊化學」的定義也是漏洞百出啊。比如,產率高,何謂高?80%算高還是90%算高?反應速度快,多快才算快?幾秒?幾小時?還是一天?

這些都沒有一個定量的指標來衡量。所以你看,炒作出一個概念來賣是多麼的事半功倍。


那麼,真的會有化學反應可以美妙到集萬千優點於一身並受到萬千化學磚工的寵幸嗎?當年剛學到「點擊化學」的概念簡直樂壞了,以為以後的科研過程選擇這些反應就可以分分鐘走向科研成功高地,現在看來那時還是too young。就我來看,嚴格符合「點擊化學」定義的一個都沒有,下面就幾個業界比較公認的點擊化學反應舉例說明一下。


1. Huisgen環加成反應(Angew Chem Int
Ed, 1963, 2: 565)

該反應應該目前完美指數最高的點擊化學反應,
疊氮和炔基在一價銅的催化下可以區域選擇性地生成如圖所示的三唑環。在高分子化學領域廣泛用於聚合物的偶聯、後修飾。在生物化學領域也廣泛地用於生物分子的表面改性或與聚合物的偶聯,當然由於生物分子的易失活特性,一般使用的都是這個反應的2.0版(使用環狀炔烴,無需再加銅鹽)。並且這個反應在水中也可以發生,收率幾乎是定量,從零下到一百多度的溫度範圍內都有不錯的反應速率,而且炔與疊氮基與諸多常見官能團都是化學惰性的,因此對很多體系都有很大的兼容性。好了,說了這麼多優點,你知道,但是是肯定會到來的。

但是,這個反應的缺點就是:

做起來太危險了

做起來太危險了

做起來太危險了

並且疊氮含量越高越危險。有機物中,疊氮基團基本上都是通過NaN3的親核取代反應來得到的,可是疊氮化鈉既是劇毒物,又是易爆物。汽車的安全氣囊里都是填充的這種物質。每次去劇毒庫取NaN3的時候,我都里三層外三層的穿衣服外加防毒面具防護眼鏡,我樓上的實驗室曾經就有學生被核磁量級的疊氮有機物炸傷了眼睛。後處理的時候各種小心不能碰到酸,要不揮發出的HN3也會分分鐘讓你掛掉。看文獻還有人把季戊四醇的四個羥基都取代為疊氮,真是為了發文章不要命啊。

既然疊氮這麼危險,我很懷疑這能叫原料易得嗎?所以,點擊化學大家庭的老大,真正考量起來也只是呵呵。


2.Thiol-ene反應

如圖上圖所示,雖然貴為點擊化學大家庭的重要成員,但是巰基化合物本身就是不太穩定的,經常有被氧化的、偶聯成二硫鍵的。巰基本身的親核性比較高,因此對很多體系都是不兼容的。在需要很純凈的反應體系里就不太適合,另外巰基化合物好多都奇臭無比,有時候用到揮發性的巰基物質要是不洗衣服臭味可以殘存身上一周都散不去,即便沒有沾到可見量的,對,用量比香水少,留味比香水久,分分鐘讓你獲得獨特體味。

如圖上圖所示,雖然貴為點擊化學大家庭的重要成員,但是巰基化合物本身就是不太穩定的,經常有被氧化的、偶聯成二硫鍵的。巰基本身的親核性比較高,因此對很多體系都是不兼容的。在需要很純凈的反應體系里就不太適合,另外巰基化合物好多都奇臭無比,有時候用到揮發性的巰基物質要是不洗衣服臭味可以殘存身上一周都散不去,即便沒有沾到可見量的,對,用量比香水少,留味比香水久,分分鐘讓你獲得獨特體味。


3. Diels-Alder反應

即雙烯體與親雙烯體的反應。如


這個反應的模塊性並不好,對於含有不同取代基的雙烯體和親雙烯體,起發生反應的溫度往往需要自行摸索。反應溫度不能過高,因為過高的話就會發生DA反應的逆反應。

4.活性酯與氨基的取代反應

這個反應的反應條件還是很溫和的,反應速率與收率都不錯,但是缺點就是由於是取代反應,被取代下來的活性羥基部分還需要額外除去。另外,前者的這種活性酯一般溶解性不好,只能選擇一些高極性的溶劑。這個化學反應在蛋白質的改性中尤其重要,因為蛋白質的氨基酸側鏈中有很多賴氨酸(即R基為氨基)殘基。

(評論區有小夥伴問了這個反應。其實是這麼多年來Huisgen環加成反應炒的太熱,人們往往忽視了其他一些高效反應,這個反應也是近些年來才被人們慢慢重視並逐漸應用起來。相關文獻:J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2008, 46, 6677-6687., Biomacromolecules 2011, 12, 2908–2913。當然一個反應到底算不算點擊化學反應,其實是一個見仁見智的問題。)


以上所列的都是滿足點擊化學概念完美指數很高的選手,但是即便現代化學發展到今天,我認為真真正正滿足其概念的還沒有被開發出來。但是這些反應又被吹的天花亂墜。所以,學術上的事,有時候真不能太較真。


另一方面,正是由於點擊化學定義的不嚴謹性,吹牛又不上稅,導致很多學者說我發現了這個偶聯反應,收率比較高,這是一個新的點擊化學反應,實際上仔細考量都有一定的明顯缺陷,經不起推敲。於是,好多大牛就不樂意了,說我們大牛們開發的反應基本上還能稱作點擊化學反應,你們這些學術屌絲竟然還東施效顰,動輒就點擊,似乎不說點擊化學都不好意思發文章了,成何體統?於是這些大牛就聯名撰文在Angew上發了一篇評論(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 60-62.),意思說我們出台一些點擊化學的定義(無非還是Sharpless那一套,只不過細化了一些),凡夫俗子們沒事拿著照照自己,別丟人現眼地總往自己臉上貼金了。


前面已經提到,點擊化學的概念之所以現在這麼火,很大一部分原因就是在高分子化學和生物化學領域獲得了廣泛的應用。高分子由於其本身大分子量、大體積,很多官能團一旦引入聚合物中反應效率就大大下降了。而點擊化學最重要的指標——高效性——迎合了高分子化學家對於高分子反應的需求。生物化學中,重要的研究對象蛋白質、DNA等等本質上也是高分子,同時又處於細胞環境以及水存在的條件下,對於這些物質的可控化學反應就更加的困難,而點擊化學的出現就為解決這種生物環境中的可控化學反應窘境提供了重要的出路。


click大概是這個意思↓,點擊(神翻譯)是什麼鬼!

http://www.rsc.org/images/Click%20concept_tcm18-83941.pdf


點擊反應 click reaction是一類有機化學反應,主要特點是條件溫,效率高,動力學快,具有很高的化學選擇性,不受水氧等的影響。典型的click reaction有D-A反應,疊氮與炔鍵的反應等等。click reaction往往具有很好生物相容性,可應用於蛋白質標記等方面,目前的熱點是可見光光催化的click反應。


講真的,當初看見這種二逼名字堅定了我不碰有機的決心。


點擊化學( Click Chemistry )是一類高效易行抗干擾強的化學反應的總稱,其概念在2001年由Sharpless引入。目前主要研究的是以下幾個反應,其中以CuAAC為研究的焦點,Thiol-ene的應用近幾年也比較廣泛。

常見點擊化學反應 [1]

可能接觸點擊化學的領域包括藥物化學【合成納米顆粒(nanoparticle)作為藥物載體,新葯的研發】、生物化學【合成含糖聚合物( glycopolymer ) 】、高分子化學【混合溶劑中高分子的非均質官能化,大量的側鏈改性】、材料化學、有機無機化學等等。目前在生物和藥物化學當中的研究和應用比較多,相關的文章也比較好發。

Reference
[1]. SLAVIN, S., BURNS, J., HADDLETON, D. M. BECER, C. R. 2011. Synthesis of glycopolymers via click reactions. European Polymer Journal, 47, 435-446.


五年前逃課聽過Sharpless關於Click Chemistry的報告(還被抓了扣了兩百塊錢--//),所以很想回答這個問題。我補充一些前邊人回答之外我的理解。

一是原子經濟和產生無害副產物:這就像拼圖,用所有片段拼成一個圖形,這樣一點也沒有浪費原材料。但是必須說明的是Click Chemistry沒有定義為不產生副產物,而是可以產生無害的副產物的(Sharpless這點很機智,不然很多反應在他的概念之外了)。說到這個,我忽然想起川大某院士在一個報告上說過他做反應的目標是產率100%,當時在場的都笑了。我的理解是,既然我們現在最純的單質硅純度也只不過在小數點後邊多了些9而已,再加上檢測純度儀器的局限性,我們只能靠分離產率來計算產率,所以無論如何這個說法都只能停留在理論上。實際上在寫產率的時候,定量的反應更多寫的是quant。

二是產率的問題:假設我們通過有機化學方法合成一個化合物,需要十步反應,每一步反應有高達95%的產率,十步總產率59.87%;每一步反應有90%的產率,十步總產率34.87%,而Sharpless的綜述(Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2004 - 2021)的實例很多產率也只有80%多一些,所以產率只是個相對的量。Sharpless報告的時候給了一張圖,表明他的反應可以達到幾十步90%的產率,我只能說這個實際操作起來需要花很大力氣優化。比如我前一陣子做了個十幾步的反應,花了兩個多月,最終實際收率只有不到1%。

三是廣泛應用性:做過科研的都知道,發文章或者講報告的人只會告訴你成功的部分,他們刪掉了很多難以解釋或者不利於結論的實驗結果。以我合成一個新化合物時的經驗來看,用新穎反應失敗率遠遠高於經典反應,新穎的比如C-H活化,我幾乎沒有在應用時拿到很高的產率,而Suzuki或者Heck反應大部分都能優化到產率可以接受。Click Chemistry中很多反應實際已經是很經典的反應了(如D-A環加成反應),所以這一方面有利於它的應用。

說來說去,Click Chemistry是一些反應的合集,更是有機合成的一個願景。畢竟大家都想做這樣的反應:兩個底物隨便攪一攪,旋干溶劑或者以過濾,就拿到產率99.99%、純度99.99%的目標產物了,期間無毒無危險。按照我的經驗來說,讀研在鍛煉人的思維和磨練人的意志上更重要。如果想做科研,哪個方向都還有發展,以後也可以換方向;如果想去公司,那就看想去行業的需求了。


click reaction
已經商品化了,我天天用....
我是做生物成像的,每天主要干這事https://tools.lifetechnologies.com/content/sfs/manuals/mp10338.pdf


點擊化學的話,之前看到袁若的組有發過文章,題主可以關注一下。
不過他們主攻電化學,題主看看吧~


我正在做基於點擊化學的分子印跡電化學感測器,有幸對點擊化學稍微有一點了解。下面就從我查閱的相關文獻中抄錄一點吧。
這些反應易於操作,並能高產率生成目標產物, 很少甚至沒有副產物, 在許多條件下運作良好( 通常在水中特別好) , 而且不會受相連在一起的其他官能團影響。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麼,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。
點擊化學反應必須是模塊化、應用範圍寬、高產率和立體選擇性的, 通常還具有較高的熱力學驅動力, 使反應迅速, 並得到單一產物。點擊化學反應有著下列的共同特徵: (1) 許多反應的組件是衍生於烯烴和炔烴, 這些都是石油裂化的產物。從能量與機理的角度, 碳-碳多重鍵都可以成為點擊化學反應的活性組件。(2) 絕大部分反應涉及碳-雜原子(主要是氮, 氧, 硫) 鍵的形成。這與近年來重視碳)碳鍵形成的有機化學方向不同。(3) 點擊化學反應是很強的放熱反應, 通過高能的反應物或穩定的產物都可以實現。(4) 點擊化學反應一般是融合過程(沒有副產物) 或縮合過程(產生的副產物為水) 。(5) 很多點擊化學反應不受水的負面影響, 水的存在反而常常起到加速反應的作用。
點擊化學是一種簡單的合成方式, 以實現和創造新功能物質和材料為目的。它在很大程度上已取得成功, 並將得到持續的發展。然而, 銅催化的三唑環合成只是目前最成功的例子, 它遠不是精華所在。不難理解, 很多化學家認為點擊化學僅僅是一個單一的反應。我們希望, 隨著時間的推移, 學術和實踐經驗能打破這一視野的限制。


化學生物學相關
因為條件溫和反應效率高在生物標記,生物正交化學有很多應用,基本上做化學工具(chemical tools)的組多少都有應用。總之是個很好用的反應。還被討論為諾獎熱門,就是不知道什麼時候能評上?( "Θ" )?。


一鍵化學


有點誇大危險性


click reaction 是sharpless提出的一個高效構建含氮雜環的方法,本人做過,反應條件溫和,易操作,現在好多分析化學家用這類反應做探針檢測,一般設計一個大環含張力的炔,在生物體內自發與含疊氮基團反應,發了好多JACS.


化學與分子工程/組合化學/應用化學/生物合成/藥物開發 相關。

點擊化學(click chemistry),又稱「動態組合化學」(dynamic combinatorial chemistry),通過小單元的拼接,實現快速可靠的化學合成。較多的是形成碳-雜原子鍵來合成開發複雜的物質。


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