在化學合成中，點擊化學是一類常用于生物共軛的生物相容性小分子反應，允許將選擇的底物與特定的生物分子連接起來。點擊化學不是單一的特定反應，而是描述了一種生成遵循自然界示例的產品的方式，它還通過連接小的模塊化單元來生成物質。在許多應用中，點擊反應將生物分子和報告分子結合在一起。點擊化學不限于生物條件：點擊反應的概念已用于化學蛋白質組學、藥理學和各種仿生應用。然而，它們已在生物分子的檢測、定位和鑒定中特別有用。點擊反應發生在一個鍋中，不受水干擾，產生最少且無害的副產物，并且是彈簧加載的——其特點是高熱力學驅動力，可快速且不可逆地驅動它以高產率的單一反應產物，具有高反應特異性（在某些情況下，具有區域特異性和立體特異性）。這些特性使點擊反應特別適用于在復雜的生物環境中分離和靶向分子的問題。在這樣的環境中，產品因此需要在生理上是穩定的，并且任何副產品都需要是無毒的（對于體內系統）。通過開發特定且可控的生物正交反應，科學家們開辟了在復雜細胞裂解物中擊中特定目標的可能性。最近，科學家們已經將點擊化學應用于活細胞，例如使用小分子探針，通過點擊反應找到并附著在目標上。盡管存在細胞滲透性、生物正交性、背景標記和反應效率方面的挑戰，但點擊反應已被證明在新一代下拉實驗中很有用（其中可以使用例如與特定柱結合的報告分子來分離特定目標）和熒光光譜法（其中熒光團附著在感興趣的目標上，目標被量化或定位）。最近，新方法已被用于將點擊反應配偶體結合到生物分子上和生物分子中，包括將含有反應基團的非天然氨基酸結合到蛋白質中和修飾核苷酸。這些技術代表了化學生物學領域的一部分，其中點擊化學通過有意和具體地將模塊化單元耦合到各個末端來發揮基本作用。點擊化學一詞由K.BarrySharpless于1998年創造，并于2001年由斯克里普斯研究所的Sharpless、HartmuthKolb和MGFinn首次全面描述。

點擊化學是一種將感興趣的探針或底物連接到特定生物分子的方法，這一過程稱為生物共軛。連接熒光團和其他報告分子的可能性使點擊化學成為識別、定位和表征新舊生物分子的非常強大的工具。生物偶聯中最早和最重要的方法之一是在與感興趣的生物分子相同的開放閱讀框架上表達報告基因。值得注意的是，GFP最初（現在仍然是）在許多蛋白質的N端或C端以這種方式表達。然而，這種方法有幾個困難。例如，GFP是一個非常大的單元，通常會影響感興趣的蛋白質的折疊。此外，通過在任一末端表達，GFP加合物也可以影響所需蛋白質的靶向和表達。最后，使用這種方法，GFP只能附著在蛋白質上，而不能在翻譯后附著，從而使其他重要的生物分子類別（核酸、脂質、碳水化合物等）無法接觸。為了克服這些挑戰，化學家們選擇通過識別成對的生物正交反應伙伴來進行，從而允許使用小的外源分子作為生物分子探針。熒光團可以連接到這些探針之一上，以便在報告分子與靶標結合時發出熒光信號——就像GFP在與靶標一起表達時發出熒光一樣。現在限制出現從探針的化學到其目標。為了使該技術在生物系統中有用，點擊化學必須在或接近生物條件下運行，產生很少且（理想情況下）無毒的副產物，在相同條件下（xxx）具有單一且穩定的產物，并快速進行一鍋高產。現有的反應，如施陶丁格連接和惠斯根1,3-偶極環加成反應，已針對此類反應條件進行了修改和優化。今天，該領域的研究不僅涉及理解和開發新反應以及重新利用和重新理解已知反應，還涉及擴展用于將反應伙伴納入生命系統的方法、設計新的反應伙伴以及開發生物共軛應用。

對于被視為點擊反應的反應，它必須滿足某些特征：

• 模塊化
• 對溶劑參數不敏感
• 高化學產率
• 對氧氣和水不敏感
• 區域特異性和立體特異性
• 大的熱力學驅動力（>20kcal/mol）有利于與單一反應產物的反應。明顯的放熱反應使反應物彈簧加載。

該過程xxx：

• 反應條件簡單
• 使用現成的起始材料和試劑
• 不使用溶劑或使用無害或易于去除的溶劑（xxx是水）
• 通過非色譜方法（結晶或蒸餾）提供簡單的產品分離
• 具有高原子經濟性。

許多點擊化學標準是主觀的，即使可以就可衡量和客觀的標準達成一致，任何反應也不可能對每種情況和應用都是完美的。然而，已經確定了一些比其他反應更符合該概念的反應：

• [3+2]環加成，例如Huisgen1,3-偶極環加成，特別是Cu(I)催化的逐步變體，通常簡稱為Click反應
• 硫醇-烯反應
• Diels-Alder反應和逆電子需求Diels-Alder反應
• 異腈（異氰化物）和四嗪之間的[4+1]環加成
• 親核取代，尤其是對像環氧樹脂和氮丙啶這樣的小應變環
• 由于低熱力學驅動力，類似羰基化學的尿素形成但不是醛醇型反應。
• 碳-碳雙鍵的加成反應，如二羥基化或硫醇-炔反應中的炔烴。

經典的點擊反應是銅催化的疊氮化物與炔烴形成5元雜原子環的反應：Cu(I)催化的疊氮化物-炔烴環加成(CuAAC)。ArthurMichael在1893年報道了由乙炔二甲酸二乙酯和疊氮化苯合成的xxx個三唑類化合物。后來，在20世紀中葉，這個1,3-偶極環加成家族在他對反應動力學的研究后以Huisgen的名字命名和條件。Huisgen1,3-偶極環加成的銅(I)催化作用是由加利福尼亞州斯克里普斯研究所的ValeryV.Fokin和K.BarrySharpless小組以及丹麥嘉士伯實驗室的MortenMeldal小組同時獨立發現的.該反應的銅催化形式僅產生1,4-異構體，而Huisgen的非催化1,3-偶極環加成反應產生1,4-和1,5-異構體，速度慢，需要溫度為100攝氏度。此外，這種銅催化的“點擊”不需要金屬上的配體，盡管已經報道了具有各種取代基的加速配體如三（三唑基）甲胺配體并在水溶液中成功使用。也可以使用其他配體，例如PPh3和TBIA，盡管PPh3易于與疊氮化物取代基進行施陶丁格連接。還發現在室溫下，水中的Cu2O可在15分鐘內以91%的產率催化相同的反應。提出的xxx個反應機理包括一個催化銅原子；但同位素、動力學和其他研究表明，二銅機制可能更相關。盡管該反應在生物條件下有效進行，但該劑量范圍內的銅具有細胞毒性。已經提出了解決這個問題的方法，例如在銅上使用水溶性配體以增強催化劑的細胞穿透性，從而減少所需的劑量，或使用螯合配體進一步增加Cu(I)的有效濃度，從而減少實際劑量。盡管Cu(I)催化的變體首先由Meldal及其同事報道，用于在固體載體上合成肽三唑，但他們需要更多時間來發現反應的全部范圍，并被公眾更認可的Sharpless取代。Meldal和同事也選擇不標記這種反應類型的點擊化學，據稱這導致他們的發現在很大程度上被主流化學學會所忽視。Sharpless和Fokin獨立地將其描述為一種可靠的催化過程，為那些依賴于在不同結構單元之間建立共價連接的有機合成努力提供了前所未有的選擇性、可靠性和范圍。Jia和Fokin小組在2005年報道了由釕而不是銅催化的類似RuAAC反應，并允許選擇性生產1,5-異構體。

Bertozzi小組進一步開發了一種Huisgen的無銅點擊反應，以克服CuAAC反應的細胞毒性。代替使用Cu(I)來激活炔烴，而是將炔烴引入應變二氟辛炔(DIFO)中，其中吸電子、炔丙基、偕氟與環應變一起極大地破壞炔烴的穩定性。這種不穩定增加了反應驅動力，以及環炔烴減輕其環應變的愿望。該反應以協同的[3+2]環加成反應進行，其機理與Huisgen1,3-偶極環加成反應的機理相同。除了氟之外的取代基，例如苯環，也可以在環辛炔上。該反應已成功用于探測生命系統中的疊氮化物，盡管反應速率比CuAAC慢一些。此外，由于環辛炔的合成通常產率低，因此該反應的探針開發不如其他反應快。但是環辛炔衍生物如DIFO、二芐基環辛炔(DIBO)和聯芳氮雜環辛炔(BARAC)都已成功用于SPAAC反應，以探測生命系統中的疊氮化物。

包括二芐基環辛炔(DIBO)在內的二芳基應變環辛炔也已用于在應變促進的炔烴-硝酮環加成(SPANC)中與1,3-硝酮反應，生成N-烷基化異惡唑啉。因為該反應不含金屬并且以快速動力學進行（k2快至601/Ms，比CuAAC或SPAAC都快）SPANC可用于活細胞標記。此外，硝酮偶極子以及無環和內環硝酮的碳原子和氮原子上的取代都是可以容忍的。這個大的余量為硝酮手柄或探頭的結合提供了很大的靈活性。然而，異惡唑啉產物不如CuAAC和SpAAC的三唑產物穩定，并且可以在生物條件下發生重排。無論如何，這種反應仍然非常有用，因為它具有特別快的反應動力學。該反應的應用包括標記含有絲氨酸作為xxx個殘基的蛋白質：絲氨酸用NaIO4氧化為醛，然后用對甲氧基苯硫醇、N-甲基羥胺和對山梨糖苷轉化為硝酮，最后與環辛炔孵育以產生咔噠聲產品。SPNC還允許多重標記。

應變烯烴還利用應變消除作為驅動力，允許它們參與點擊反應。反式環烯烴（通常是環辛烯）和其他應變烯烴（如氧雜降冰片二烯）與許多伙伴（包括疊氮化物、四嗪和四唑）發生點擊反應。這些反應伙伴可以與應變烯烴特異性相互作用，與脂質、脂肪酸、輔因子和其他天然產物中的內源烯烴保持生物正交。

氧雜降冰片二烯（或另一種活化烯烴）與疊氮化物反應，生成三唑類產物。然而，這些產物三唑不像在CuAAC或SPAAC反應中那樣具有芳香性，因此不穩定。氧雜冰片二烯中的活化雙鍵生成三唑啉中間體，該中間體隨后自發地進行逆狄爾斯-阿爾德反應以釋放呋喃并生成1,2,3-或1,4,5-三唑。盡管該反應很慢，但它很有用，因為氧雜冰片二烯的合成相對簡單。然而，該反應不是完全化學選擇性的。

應變的環辛烯和其他活化烯烴與四嗪在逆電子需求Diels-Alder中發生反應，然后進行逆[4+2]環加成（見圖）。與反式環辛烯的其他反應一樣，環應變釋放是該反應的驅動力。因此，三元和四元環烯烴，由于它們的高環應變，是理想的烯烴底物。與其他[4+2]環加成類似，親二烯體上的給電子取代基和二烯上的吸電子取代基加速了逆需求的狄爾斯-阿爾德。由于具有額外的氮，二烯四嗪是該反應的良好二烯。親二烯體，即活化的烯烴，通常可以連接到目標分子上的給電子烷基上，從而使親二烯體更適合反應。

四唑-烯烴“光點擊”反應是大約50年前Huisgen首次引入的另一種偶極添加(ChemBioChem2007,8,1504.(68)Clovis,JS;Eckell,A.;Huisgen,R.;Sustmann,R.Chem.Ber.1967,100,60.)具有氨基或苯乙烯基的四唑可以被365nm的紫外線激活（365不會損壞細胞）快速反應（因此紫外線不必長時間打開時間，通常大約1-4分鐘）來制備熒光吡唑啉產品。該反應方案非常適合在活細胞中進行標記，因為365nm的紫外光對細胞的損傷最小。此外，反應進行得很快，因此紫外線可以短時間照射。短波長紫外光的量子產率可以高于0.5。這允許四唑在波長上選擇性地與另一種光連接反應結合使用，其中在短波長下四唑連接反應幾乎完全進行，而在較長波長下另一種反應（通過鄰-醌二甲烷連接）僅進行。最后，非熒光反應物產生熒光產物，為反應配備內置的光譜分析手柄。四唑和烯烴基團都已作為非天然氨基酸作為蛋白質手柄摻入，但這種好處并不是xxx的。相反，反應的光誘導性使其成為生命系統時空特異性的主要候選者。挑戰包括內源烯烴的存在，盡管通常順式（如在脂肪酸中）它們仍然可以與活化的四唑反應。

點擊化學的商業潛力是巨大的。熒光團羅丹明已與降冰片烯偶聯，并在生命系統中與四嗪發生反應。在其他情況下，環辛炔修飾的熒光團和疊氮化物標記的蛋白質之間的SPAAC允許在細胞裂解物中選擇這些蛋白質。將點擊反應伙伴納入體內和離體系統的方法有助于擴大可能反應的范圍。通過核糖體摻入非天然氨基酸的發展允許將點擊反應配偶體作為這些非天然氨基酸上的非天然側基摻入。例如，具有疊氮側基的UAA為環炔烴提供了方便地接近帶有這種“AHA”非天然氨基酸標記的蛋白質。在另一個實例中，“CpK”具有包括環丙烷α到酰胺鍵的側基，其在逆狄爾斯-阿爾德反應中充當四嗪的反應伙伴。螢光素的合成體現了另一種分離反應伙伴的策略，即利用很少出現的天然基團，例如1,2-氨基硫醇，它僅在半胱氨酸是蛋白質中的最終N'氨基酸時出現。因此，它們的天然選擇性和相對生物正交性對于開發針對這些標簽的特異性探針很有價值。上述反應發生在1,2-氨基硫醇和2-氰基苯并噻唑之間，生成具有熒光的熒光素。然后可以在洗滌后通過光譜法對這種熒光素熒光進行量化，并用于確定帶有1,2-氨基硫醇的分子的相對存在。如果需要對含有非1,2-氨基硫醇的蛋白質進行定量，則可以切割感興趣的蛋白質以產生具有N'Cys的片段，該片段易受2-CBT的影響。

其他應用包括：

• 二維凝膠電泳分離
• 1,4-取代三唑的制備有機合成
• 用三唑修飾肽功能
• 天然產物和藥物的改性
• 天然產物發現
• 藥物發現
• 使用Cu(I)催化的三唑偶聯進行大環化
• 通過三唑連接修飾DNA和核苷酸
• 超分子化學：杯芳烴、輪烷和鏈烷
• 樹枝狀大分子設計
• Cu(1)催化的三唑連接反應的碳水化合物簇和碳水化合物共軛
• 聚合物和生物聚合物
• 表面
• 材料科學
• 納米技術，
• 生物偶聯，例如疊氮香豆素，和
• 生物材料

結合組合化學、高通量篩選和建立化學文庫，點擊化學通過使多步合成中的每個反應快速、高效和可預測，加快了新藥的發現。

斯克里普斯研究所擁有一系列點擊化學專利。被許可方包括Invitrogen、Allozyne、Aileron、IntegratedDiagnostics和生物技術公司baseclick，這是一家巴斯夫的衍生公司，旨在銷售使用點擊化學制造的產品。此外，baseclick擁有全球核酸領域研究和診斷市場的獨家許可。ActiveMotifChromeon和Cyandye等公司也生產熒光疊氮化物和炔烴。