2022 年诺贝尔化学奖授予 Carolyn R. Bertozzi、Morten Meldal 和 K. Barry Sharpless，以表彰他们在点击化学和生物正交化学领域的发展。他们的研究描述了可在环境或生物条件下快速连接分子的反应。该研究应用广泛，从聚合物和药物开发到生物机制研究及新型生物疗法开发，均有涉及。
CAS 关于生物正交化学的资源：洞察报告、《Bioconjugate Chemistry》期刊论文的文章糖类在生物正交化学中作用
什么是点击化学？
点击化学是一系列用于将分子片段组装成更复杂结构的快速且特异的反应。“点击化学”一词由 K. Barry Sharpless 教授提出，他设想通过在酶的活性位点偶联较小的分子来形成酶抑制剂。他和 Morten Meldal 的实验室开发了叠氮化物与末端炔烃的区域选择性铜催化 Huisgen 环加成反应，以生成 1,2,3-三唑。由于其简便性和可靠性，该方法已被用于聚合物、抗体和药物的制备。其他点击反应，如硫醇-烯反应和 SuFEx 反应，也已得到开发，特别是在聚合物领域。
CAS 数据库中约有 30,000 篇文献使用了“点击化学”这一概念。CAS 数据库中最早提及“点击化学”的文献出现在 1999 年（“点击化学：融合过程化学与发现化学的概念”（与 H. C. Kolb 合著），第 217 届美国化学会全国会议摘要集，加利福尼亚州阿纳海姆，1999 年 3 月 21-25 日，ORGN-105 出版商：美国化学会，华盛顿特区），而该团队关于叠氮化物-炔烃环加成反应的最早文献出现在 2002 年。Sharpless 团队关于点击化学被引用次数最多的文献，“点击化学：从少数几种优良反应中获得多样的化学功能”已被引用超过 11,000 次。
什么是生物正交化学？
生物正交化学（由 Carolyn Bertozzi 在 20 世纪 90 年代末首次提出）描述了在生物条件下（室温或接近室温、水溶液中、存在生物分子且浓度较低的情况下）能够快速发生的反应。细胞中存在许多具有不同官能团的分子，能够与单一官能团选择性反应的化学反应对于理解生物系统的行为至关重要。
Carolyn Bertozzi 及其研究团队首先开发了叠氮化物与酯取代三芳基膦的施陶丁格反应（Staudinger reaction），用于生物系统中碳水化合物的研究。在室温生物条件下，使叠氮化物-炔烃环加成反应快速进行所需的铜催化剂对细胞具有毒性。Bertozzi 实验室基于 Wittig 和 Krebs 在 20 世纪 60 年代初的研究成果，开发了张力环炔烃。这种环炔烃无需催化剂即可在室温下进行应变促进的叠氮化物-炔烃环加成反应（SPAAC），因此可用于活细胞中。SPAAC 对于观察和理解活细胞中的生物过程具有重要意义。目前已开发出多种其他生物正交反应。
CAS 数据库中约有 3000 篇文献使用了“生物正交化学”一词，其中最早的参考文献是 Bertozzi 教授实验室博士生 G. A. Lemieux 的博士论文。Bertozzi 教授实验室对生物正交反应的开发在“从机制到小鼠：两个生物正交反应的故事”一文中进行了讨论。另一篇综述对生物正交反应进行了概述，这也是 Bertozzi 团队讨论生物正交化学被引用次数最多的文章，引用量超过 2400 次。
诺贝尔奖之路是怎样的？
生物正交化学在过去二十年中取得了显著发展，近年来应用日益广泛。该领域的重要进展和应用总结于此时间轴中。
此外，我们还分析了CAS 内容合集，以比较生物正交相关术语出版物的增长与生物正交化学应用增加之间的关系。
数据显示，2010 年至 2020 年间，成像技术是生物正交化学最大的单一用途，其次是药物应用。生物正交化学在标记方面的应用文献数量几乎与药物应用相当，尽管标记可能代表了多种未被明确分类的用途。在水凝胶或用于机制研究及质谱分析的诊断试剂中，生物正交化学的文献数量也相近。
生物正交化学未来有哪些发展机遇？
这些方法已彻底改变了成像、诊断和药物递送领域，但未来在以下方面仍有更多机遇：
- 探索开发具有更高生物稳定性的反应配体，或通过消除对催化剂的需求来简化方法（从而降低毒性）
- 多重标记技术有助于更轻松地探索生物机制，并开发出更可靠的诊断试剂
- 改进光激活化学技术可最大限度地减少对生物体的损伤，并实现对生物体更深层组织的成像
这些方法实现了更简便、更可靠的合成，加深了对生物机制的理解，并推动了更有效、更具选择性的治疗手段的开发。他们的研究促进了化学、生物学和医学领域的进步，使许多原本无法实现的工作成为可能。如需全面了解该领域的独特前景，请下载我们的洞察报告，该报告基于历史趋势重点介绍了生物正交化学的未来机遇，或查看同行评审出版物。
