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2023-11-22T08:57:51Z

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Das Konzept der '''Click-Chemie''' wurde 2001 von [[K. Barry Sharpless]] mit [[Hartmuth C. Kolb]] und [[M. G. Finn]] begründet und beschreibt eine Möglichkeit, schneller und zielgerichteter Zielmoleküle aus kleineren Einheiten zu synthetisieren, ähnlich wie die [[Natur]] sie durchführt.

Der [[Nobelpreis für Chemie|Nobelpreis]] 2022 ging an Barry Sharpless, [[Morten P. Meldal]] und [[Carolyn Bertozzi]] für Beiträge zur Click-Chemie. Bei Sharpless und Meldal waren grundlegende Beiträge dazu verantwortlich und bei Bertozzi auch Erweiterungen und Anwendungen in der Biochemie von lebenden Systemen. Um [[Glykan]]e an den Oberflächen von Zellen zu markieren, entwickelte sie Markierungen dieser Moleküle mit Click-Chemie-Reaktionen, die die Zellen nicht schädigen und auch die chemischen Prozesse in den Zellen möglichst wenig stören (''[[Bioorthogonale Markierung|Bioorthogonalität]]''). In der Nobelpreis-Würdigung wurde die Grundidee Barry Sharpless (2000) zugeschrieben, der auch den Begriff ''Click-Chemie'' prägte. Bald darauf fanden Sharpless und Meldal unabhängig voneinander das in der Würdigung des Nobelkomitees so bezeichnete „Kronjuwel“ der Reaktionen der Click-Chemie, die Kupfer-katalysierte [[Azide|Azid]]-[[Alkine|Alkin]]-[[Cycloaddition]] (CuAAC), die weite Verbreitung fand. Dabei handelt es sich um eine neue Art ''funktionaler Chemie'', die das Mitglied des Nobelkomitees Olof Ramströms mit dem Aufbau von Strukturen mittels [[Lego]]-Bausteinen verglich.<ref>[https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2022/prize-announcement/ Nobelpreis für Chemie 2022], Pressemitteilung der Nobelstiftung</ref>

== Erklärung ==

In der [[Biochemie]] werden [[Proteine]] aus einzelnen [[Aminosäure]]n und [[Polysaccharid]]e aus einzelnen Zuckereinheiten, den [[Monosaccharid]]en, gebildet. Die verbindenden Einheiten bestehen dabei in der Regel aus Kohlenstoff-[[Heteroatom]]bindungen. In der Natur überwinden [[Enzym]]e die hohe [[Enthalpie]] einzelner chemischer Reaktionen, indem sie diese in einer Serie kleinerer Einzelschritte von geringerer Enthalpie durchführen.

1996 errechnete Guida die Anzahl der Moleküle für eine mögliche pharmazeutische Anwendung auf 10<sup>63</sup>, basierend auf der Annahme, dass diese weniger als 30 „Nicht-Wasserstoffatome“ enthalten, weniger als 500 [[Dalton (Einheit)|Dalton]] wiegen, nur aus den Elementen [[Wasserstoff]], [[Kohlenstoff]], [[Stickstoff]], [[Sauerstoff]], [[Phosphor]], [[Schwefel]], [[Chlor]] und [[Brom]] bestehen, und sowohl bei Raumtemperatur, als auch gegenüber Sauerstoff und Wasser stabil sind. Click-Chemie kann in Kombination mit [[Kombinatorische Chemie|kombinatorischer Chemie]], [[Hochdurchsatz-Screening]] und dem Aufbau [[Molekülbibliothek|chemischer Bibliotheken]] die [[Pharmaforschung]] nach pharmazeutischen [[Wirkstoff]]en erheblich beschleunigen, indem sich ein großes Problem bei der Entwicklung eines Arzneimittels, die Synthese des Wirkstoffs selbst, in viele kleinere Probleme zerlegen lässt.

Eine chemische Transformation muss nach der ''Click-Chemie'' folgenden Kriterien genügen:
* modular und breite Anwendungsmöglichkeit
* hohe Ausbeuten
* unbedenkliche und nicht störende Nebenprodukte
* [[Stereoselektive Synthese|stereospezifisch]]
* einfache Reaktionsbedingungen
* leicht verfügbare und billige Reagenzien
* Lösungsmittel, die eine einfache Produktisolierung ermöglichen (vorzugsweise Wasser)
* einfache Aufarbeitung und Isolierung des Produkts mittels [[Kristallisation]] oder [[Destillation]] (nicht chromatographische Verfahren)
* hohe thermodynamische Antriebskraft ([[Bildungsenthalpie]] > 84 [[Kilojoule|kJ]]/[[mol]]), um eine schnelle Reaktion zu einem einzigen Reaktionsprodukt zu garantieren
* hohe [[Atomeffizienz]]

Chemische Reaktionen, die diese Kriterien erfüllen, sind:
* Die [[Cycloaddition]]sreaktionen, besonders die Cu(I) katalysierte [[1,3-Dipolare Cycloaddition|Huisgencycloaddition]] und die [[Diels-Alder-Reaktion]]
* [[Nucleophile Substitution]]en, besonders solche an kleinen gespannten Ringen wie Epoxiden oder [[Aziridin]]en
* [[Carbonylgruppe|Carbonyl]]<nowiki/>ähnliche Bildung von Carbamiden und Amiden, aufgrund der zu geringen Bildungsenthalpie, nicht jedoch [[Aldolreaktion]]en
* [[Additionsreaktion]]en an Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, wie beispielsweise die [[Epoxide#Bildung durch Epoxidierung einer Doppelbindung|Epoxidierungsreaktionen]].

In lebenden biologischen Systemen ist die Anwendung der Kupfer-katalysierten [[Huisgen-Reaktion|Huisgen-Cycloaddition]] (CuAAC) nicht möglich wegen der Zellschädigung durch Kupfer. Carolyn Bertozzi entwickelte dafür alternative Click-Reaktionen vom Huisgencycloadditions-Typ über Cyclooctine (also zyklische [[Alkin]]e mit acht C-Atomen, der kleinsten Anzahl C-Atome für eine Isolierung in haltbarer Form). Die Ringspannung in den Cycloalkinen ermöglicht den Ablauf der Reaktion ohne Kupfer-Katalysatoren. Zunächst wurden Cyclooctine mit zwei Fluoratomen benutzt (DIFO, Difluorinated Cyclooctyne), danach zusätzlich mit [[Phenylgruppe|Phenyl-Gruppen]] (DIFBO, Difluorobenzocyclooctyne), die zur Stabilisierung in einen Komplex mit <math>\beta</math>-[[Cyclodextrine]]n gebunden sind. Die Click-Chemie wurde damit kompatibel mit den in der Zelle ablaufenden biochemischen Prozessen (Bioorthogonalität).

== Literatur ==
* Hartmuth C. Kolb, M. G. Finn, [[Barry Sharpless|K. Barry Sharpless]]: ''Click-Chemie: diverse chemische Funktionalität mit einer Handvoll guter Reaktionen.'' In: ''Angew. Chem.'' 2001, Band 113, S. 2056; {{DOI|10.1002/1521-3757(20010601)113:11<2056::AID-ANGE2056>3.0.CO;2-W}}.
* Hartmuth C. Kolb, M. G. Finn, K. Barry Sharpless: ''Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions.'' In: ''Angew. Chem. Int. Ed.'' 2001, Band 40, S. 2004; {{DOI|10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-5}}.


== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=7700321-4}}

[[Kategorie:Chemische Reaktion]]

Click-Chemie - Versionsgeschichte

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