クリックケミストリー

クリックケミストリーの概要

クリックケミストリーは、合成化学の一手法として新たな機能性分子を効率よく創出することを目的としています。この手法は、簡潔で安定な結合を形成するいくつかの反応から成り立っており、特に生体分子や医薬品開発において重要な役割を果たしています。

この概念は、1998年にスクリプス研究所のバリー・シャープレスによって提唱され、その後の2001年には同研究所のシャープレス、Hartmuth C. Kolb、M.G. Finnらによって詳細化されました。「クリック」という言葉は、素早く確実な結合の形成を示しており、シートベルトのカチッという音にたとえられています。

2022年には、クリックケミストリーと生体直交化学の発展に貢献したとして、シャープレスとともにモーテン・P・メルダル、キャロライン・ベルトッツィの三名がノーベル[[化学賞]]を受賞しました。

クリックケミストリーの特徴

シャープレスが2001年に発表した総説では、天然の生体高分子（タンパク質、DNA、RNA、糖鎖）が炭素-ヘテロ原子結合による単量体の結合から成り立っていることが指摘されています。これらの単量体は通常6つの炭素から構成されることが多く、比較的単純なパーツが結びつくことで生命活動を支える複雑な機能が実現されているのです。

このシステムにインスピレーションを受け、シャープレスは比較的単純な部分構造を炭素-ヘテロ原子結合反応を通じて結びつけることで新しい機能性分子を創出する技術を提案しました。特に注目される反応が、アルキンとアジド化合物による[3+2]型の付加環化反応です。この反応は、鋭い反応性と選択性を持ち、クリックケミストリーにおいて重要な役割を果たします。

フーズゲン反応

アルキンとアジド化合物によって生成される1,2,3-トリアゾール環は、1961年にロルフ・フーズゲンによって初めて報告されました。シャープレスはこの反応をクリックケミストリーの中心反応として位置づけています。

その理由は以下の通りです。まず、アルキンと[アジド]]は多くの有機化合物に導入しやすい官能基であり、基本的に安定していること。また、これらは他の官能基とは反応せず、それぞれだけで反応する特性があります。さらに、この反応は多くの有機溶媒や水中でも進行し、[[銅]イオンの存在下では反応速度が大幅に加速されます。反応生成物の1,2,3-トリアゾールは安定しており、再び分解しにくいのも特徴です。これらの要素は、クリックケミストリーの理想に最も近い反応と位置付けられています。

応用分野

最近では、クリックケミストリーは医薬品開発や機能性材料の作成など、幅広い応用が進められています。医薬品探索では、シャープレスとH・コルブらがアジドとアルキンユニットを有する分子をアセチルコリンエステラーゼのもとで混合し、反応を引き起こすことに成功しています。この結果、非常に強力な阻害剤を合成することができました。

また、クリックケミストリーはデンドリマーの合成にも応用されています。従来の方法に比べ、高効率でデンドリマーを合成することが可能になっています。

さらに、生化学分野においては、キャロライン・ベルトッツィらがアジド基を持つ糖誘導体を細胞内に導入し、そこからアルキンと結合した蛍光色素を結合させることで、細胞内構造の可視化を成功させました。これは、クリックケミストリーの高い基質直交性をうまく活用した結果といえるでしょう。

このように、クリックケミストリーはその効率性と精度から、多くの科学分野での可能性が広がっています。

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