自然化学连接是最常用的化学连接反应之一，被广泛地应用于多肽及蛋白的化学合成中。

1953年，T.维兰^[注]等发现缬氨酸硫酯与半胱氨酸在水溶液中能够发生特异性反应，并生成缬氨酸-半胱氨酸的二肽化合物。这为自然化学连接的发现奠定了化学基础。20世纪90年代，斯克里普斯研究所的S.肯特^[注]等首次成功将此特异性反应应用到多肽的化学连接中，并将其命名为自然化学连接反应。

N-端含有半胱氨酸残基的多肽1与C-端为硫酯结构的多肽2溶于pH=7.0的缓冲水溶液中，巯基能够进攻硫酯中的羰基形成不稳定的四面体结构，随后硫醇RSH离去，并完成硫酯交换。最后通过S到N的酰基迁移，在半胱氨酸位点生成天然酰胺键（图1）。

图1 自然连接反应可能的反应机理

自然化学连接以水溶液为反应溶剂，产率高，副反应少，已被广泛应用于长肽及蛋白的化学合成中。自然化学连接必须以半胱氨酸作为其反应位点，而半胱氨酸在自然界中的丰度极低，这也极大地限制了它的应用范围。

为了增加自然化学连接的反应位点，大量的化学策略被研究报道。例如，自然化学连接位点的半胱氨酸通过脱硫反应（如自由基脱硫、磷硼脱硫反应等），能够生成自然界中丰度较高的丙氨酸。一方面，通过引入含硫的辅助基团，使自然化学连接顺利进行，随后再将辅助基团除去，从而得到相应的天然肽键。这些化学策略都极大地拓宽了自然化学连接的应用范围。另一方面，新型多肽连接法也被开发出来，例如，丝氨酸/苏氨酸连接法（serine/threonine ligation），两段完全脱保护的多肽片段能够在丝氨酸或苏氨酸残基位点形成天然的肽键，最终得到完整序列的目标产物（图2）。

图2 丝氨酸/苏氨酸连接反应