2022年诺贝尔化学奖授予Carolyn R. Bertozzi (卡罗琳.露丝.贝尔托西)、Morten Meldal (梅顿.梅尔达尔) 和K. Barry Sharpless (巴里.夏普莱斯)，以表彰他们对点击化学和生物正交化学发展的贡献。 他们的工作报道了在室温或生物条件下可以用来快速连接分子的反应。 这项研究具有广泛的应用：包含从聚合物、药物制备到研究生物机制以及开发新的生物疗法。

CAS已经发布一系列有关生物正交化学的资源，欢迎阅读：洞察报告、Bioconjugate Chemistry期刊出版物、糖在生物正交化学中
的作用的文章

什么是点击化学？

点击化学是将片段结构快速组装成更复杂结构的一类特定反应。 “点击化学”一词是由巴里.夏普莱斯教授提出的，他设想通过在酶的活性位点偶联小分子来形成酶抑制剂。 夏普莱斯教授的团队和梅顿.梅尔达尔的实验室团队分别独立开发出区域选择性铜催化的叠氮化合物和末端炔的Huisgen环加成反应，形成1,2,3-三唑。 这种方法简单可靠，已被用于制备聚合物、抗体和药物。 其他点击反应，如硫醇-烯反应和SuFEx(氟硫交换)反应，也已被开发出来，尤其适用于聚合物制备。

CAS数据库中约有30,000篇文献使用了"点击化学(click chemistry)"这一概念。 在CAS数据库中最早提及 "点击化学 "是在1999年（Click chemistry: a concept for merging process and discovery chemistry” (with H. C. Kolb), Book of Abstracts, 217th ACS National Meeting, Anaheim, Calif., March 21-25 (1999), ORGN-105 Publisher: American Chemical Society, Washington, D.C.)，而该研究小组最早的关于叠氮-烷基环加成反应的文献是在2002年发表的。 夏普莱斯小组在点击化学方面被引用次数最多的文章是“Click chemistry: diverse chemical function from a few good reactions”，引用次数超过 11000 次。

什么是生物正交化学？

生物正交化学(卡罗琳. 露丝·贝尔托西在20世纪90年代末首次使用这个术语)是在生物条件下(在室温或接近室温条件下、水溶液中、存在生物分子且低反应物浓度下)快速发生的反应。 细胞中存在许多具有不同官能团的分子，选择性地与单一官能团发生反应有助于理解生物系统的行为。

卡罗琳. 露丝·贝尔托西和她的研究小组首先开发了叠氮化物与酯取代的三芳基膦的Staudinger反应，用于研究生物系统中的碳水化合物。 在室温的生物条件下，使叠氮-炔环加成反应快速进行需要铜催化剂，但其对细胞是有毒的。 贝尔托西研究团队在Wittig和Krebs于20世纪60年代初的工作成果基础上开发了具有张力的环状炔烃在此类反应中的应用。 这种环状炔烃在没有催化剂的情况下，可以在室温下进行张力促进的叠氮-炔环化反应(SPAAC)，因此可以应用在活细胞中。 SPAAC对于观察和理解活细胞中的生物过程非常重要。 其他各种生物正交反应也已被开发出来。  

CAS数据库中约有3,000篇文献使用了"生物正交化学(bioorthogonal chemistry)"一词，其中最早提及该词的文献是 来自贝尔托西教授实验室的博士生G. A. Lemieux的博士论文。 贝尔托西教授的实验室在文献“From Mechanism to Mouse: A Tale of Two Bioorthogonal Reactions”中讨论了生物正交反应的发展。 另一篇综述文献也给出了生物正交反应的概述，这也是贝尔托西小组关于生物正交化学被引用最多的文章，引用次数超过2,400次。

通往诺贝尔奖之路

生物正交化学在过去20年里有了显著的发展，并在最近几年里得到了更广泛的应用。 下图的时间轴总结了该领域的显著发展和应用。  

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此外，我们还对 CAS 内容合集进行了分析，以比较生物正交术语相关出版物和生物正交化学应用研究出版物的变化趋势。

分析结果显示，“成像“是2010年至2020年间生物正交化学应用最多的领域，其次是在制药领域的应用。 使用生物正交化学进行标记应用的文献几乎与它在制药领域的应用一样多，尽管”标记”可能还代表了其他没有具体描述的多种用途。 将生物正交化学用于水凝胶或诊断剂的机制或质谱研究也有相近数量的文献报道。

生物正交化学在未来有哪些机遇？

这些生物正交化学方法已经改变了成像、诊断和药物递送领域，但在以下领域还存在更多机会：

• 探索开发具有更佳生物稳定性的生物正交反应物，或通过消除对催化剂的需求(降低毒性)来简化方法
• 多重标记可以使生物机制的探索更加容易，以及开发更加可靠的诊断剂
• 改进的光活化反应可以最大限度地减少对生物体的损害，并可以在生物体内更深的地方成像
  

这些方法使合成变得更加容易和可靠，使人们能够更好地理解生物机制，并开发出更加有效且有选择性的治疗方法。 相关的工作促进了化学、生物和医学领域的进步，使原本不可能实现的工作成为可能。 要了解该领域的独特布局，请下载我们的洞察报告（该报告以历史趋势为基础，以突出生物正交化学的未来机遇）或查看同行评审的出版物。