“點擊化學”在高分子和材料科學中應用

楊靜(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510530)

疊氮化物/炔烴的“點擊”反應(也叫沙普利斯“點擊”反應)是近期新發(fā)現(xiàn)的反應，可以通過后成型過程滿足高分子的許多附加配位體的要求，包括(1)經(jīng)常生產(chǎn)，(2)官能團的的高耐受性，(3)溶劑反應的惰性，不論它們的質(zhì)子/質(zhì)子惰性或極性/非極性的特點，(4)在各種界面反應，例如固/液，液/液甚至固/固界面。當前的評論將問題集中在反映本身以及其在高分子科學，材料和表面科學的廣泛應用。

1 線性高分子和凝膠中的點擊反應

由于許多大分子化學聚合反應需要特殊官能團的存在，因此，成功引導了聚合反應后對聚合物和凝膠配體的固定有相當大的興趣。當使用活性聚合機理時，這是最重要的，因為特別是高度精確的化學機理和活性聚合反應的平衡往往具有高度的底物特異性，因此，即使是少量的官能團或固定所需要的偶聯(lián)劑都會對它產(chǎn)生強烈的影響。另一個問題涉及到大量的聚合物配體(即側(cè)鏈改性聚合物)或樹枝狀物的結(jié)合，為達到這一目的，需要高效率的耦合反應。進一步的興趣是直接針對混合溶劑中聚合物的多樣化的功能化。由于許多聚合物有限的溶解度，后功能化反應的反應物不能總是應用于衍生聚合物的均相溶液中。在這種情況下，就需要在非均相反應介質(zhì)中的高效反應。因此，Sharpless點擊反應成為公眾關(guān)注的中心也就不足為奇了，最近因為它的高效率，即使在非均勻反應體系中，不考慮配體的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)率也經(jīng)常＞99%。

2 活性自由基聚合(ATRP，NMP和RAFT)

ATRP已廣泛使用在聯(lián)同疊氮/炔的點擊反應，也代表了第一次強烈地利用(準)活性聚合反應和疊氮/炔的點擊化學之間的結(jié)合的例子。結(jié)合這兩個反應的三種不同的策略已被描述:a)利用疊氮遙爪大分子單體，b)通過烷基-遙爪大分子，c)在側(cè)鏈內(nèi)使用疊氮或乙炔基團。

3 生物分子，細胞和病毒中的點擊反應

當然，點擊反應特別適用于生物分子人工配體的結(jié)扎，因為這種反應尤其是在保存肽，蛋白質(zhì)，碳水化合物的結(jié)構(gòu)完整性的條件下是極其有益的。因此，除了傳統(tǒng)的鏈接方式(例如，二硫鍵交換，酰胺鏈接，還原胺化，Staudinger型結(jié)扎)，這種方法當然對生物標記有著重要貢獻。最近的評論處理了這個主題，因此，這里的重點是新實驗。其中一個證實了疊氮/炔點擊反應的實用性的例子是由Melda和同事們提供的，他們在固相合成的過程中對肽使用了點擊反應?；谶@一認識，Ghadiri和同他的事使用點擊反應生成了環(huán)狀肽。

Ju和同事們用純的熱2,3-Huisgen熱反應將羅丹明染料鏈接到寡核苷酸末端。起始的寡核苷酸展示了一個終端氨基，在80℃，乙炔改性的羅丹明染料存在的條件下，這反過來有可能會受到熱偶極環(huán)加成過程。Finn和同事們提交了一個令人印象深刻的例子，疊氮/炔的點擊反應的完整性和多功能性，關(guān)于改善所有60位煙草花葉病毒的要求。病毒衍生物的產(chǎn)生顯示了60疊氮，或炔鍵，帶有羅丹明B染料的最終耦合使標記病毒的表面產(chǎn)生了60種基團的附著物。使用的催化劑用系統(tǒng)是以CuIISO4/三(羧乙基)膦(TCEP)/催化劑/Cu0為基礎(chǔ)的。在pH值為8.0的磷酸鹽緩沖溶劑體系中(加5%的叔丁基醇)，這兩種系統(tǒng)產(chǎn)生了100%的附著效率。

Tirell和工作人員通過將非天然的氨基酸疊氮-丙氨酸，azi?dohomoalanine，azidonor valine，和 azidonorleucine納入到活細胞中證實了活性系統(tǒng)中的生物標記。隨后，納入的報告和量化通過“點擊”一個乙炔改性的生物素配體到大腸桿菌的細菌表面，這顯示出了疊氮基團。人們發(fā)現(xiàn)超純的溴化亞銅(純度99.999%)在催化點擊反應上更為優(yōu)越。Cravatt和工作人員已報告了一個使用活性基礎(chǔ)蛋白質(zhì)譜(ABPP)的相關(guān)方法，它依賴于ABPP作為化學蛋白質(zhì)組學方法，它采用積極定點探針，同時可視細胞環(huán)境中的蛋白質(zhì)活性變化。總之，疊氮/炔點擊化學的結(jié)合證明了酶活性中心的貌相以及尋找活性蛋白中心新的結(jié)合結(jié)構(gòu)的一個新的方法。顯然，對屏動態(tài)組合庫，完全隨機的方法(沒有這種酶的活性部位的認識)以及至少部分指導的方法是可行的。因此，這種方法指出了未來關(guān)聯(lián)現(xiàn)象的研究，也可能用于超分子化學和材料科學中。

4 結(jié)論與展望

在過去的幾年中，點擊反應已經(jīng)證明了它的效率以及在材料化學與科學領(lǐng)域的使用，特別是在聚合物科學領(lǐng)域的應用。太多的化學家，厭倦了廣泛使用保護組策略和反應不足的進展，幾十年一直在尋找點擊式反應?，F(xiàn)在，隨著到來的疊氮化物/炔烴-1，3-偶極環(huán)加成點擊反應，至少在這個方向已經(jīng)實現(xiàn)了可見的步驟，這解釋了這個反應在其初期時的巨大影響。關(guān)于聚合物基板方面，反應明確地加速了帶有功能性配體的聚合物的使用，定位在主鏈或各自的側(cè)鏈位置。最重要的是，在聚合物和表面配體密度的控制是一個簡單方便的方法，使分子識別的研究更詳細。當然，將來會出現(xiàn)新的其它點擊式反應，材料科學家手中的強勁的化學工具，通過簡單的化學反應制備與建設(shè)前景問題相符合的磚型時代。

[1]H.C.Kolb,M.G.Finn,K.B.Sharpless,Angew.Chem.Int.Ed.2001,40,2004.