“點擊化學”：科學家的“系扣”游戲

文/阿 碧

為了穿脫方便，我們的衣服大多被設計成左右兩邊衣襟，依靠扣子和扣眼連成整體。如果合成化學物質能像系扣子一樣簡單易行，那么新物質被發明的概率將會大大提高。美國科學家卡爾·巴里·沙普利斯和丹麥科學家莫滕·梅爾達爾就發現了如同系扣子的化學合成方法，沙普利斯稱這種方法為“點擊化學”。而美國女科學家卡羅琳·露絲·貝爾托齊則將這種方法推廣到對生物體內生理活動的化學研究中。他們三人因在“點擊化學”領域的突出貢獻而共同獲得了2022 年諾貝爾化學獎。

沙普利斯的開創性貢獻

科學家在構建復雜分子時，常常對不同的目標分子采用不同的合成方法。美國科學家卡爾·巴里·沙普利斯在研究中不喜歡這一套煩瑣的流程，他喜歡將復雜的構想不斷簡化。有一次，與同事在快餐店聚餐的過程中，他突然意識到化學合成或許可以像制造快餐那樣，也可以有標準化的制作方法。

有機大分子是以碳鏈為主要“骨架”的分子，然而碳原子與碳原子的結合并不容易，因為它們需要形成4 個化學鍵。沙普利斯曾對媒體表示：“化學家的絆腳石之一是碳原子之間的化學鍵。”他想到，如果將有機分子的碳鏈作為基礎，找到合適的“系扣”，就可以將2 種有機分子輕松地結合起來，那有機合成反應實施起來就會輕松很多。顯然，這種“系扣”不可能是碳原子本身。經過多次嘗試，他發現氮原子或氧原子可以充當“系扣”，這是因為氮原子只需要形成3 個化學鍵，氧原子只需要形成2個化學鍵。……