ChemSystemsChem:用于自发拆分的超分子螺旋的形成

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自发拆分结晶为手性物质的分离和纯化提供重要途径,同时也有助于理解自然界同手性起源。统计表明,外消旋体结晶时仅5-10%发生手性自发拆分,90%以上以共结晶形式存在。由于晶体成核和生长过程的热力学和动力学影响因素复杂,理性设计手性自发拆分结晶体系仍然是挑战性课题。


同手性晶体的形成要求沿着三个晶轴方向均发生同手性作用,因此自发拆分结晶的关键是保障结晶过程中的三维同手性延伸。厦门大学江云宝教授课题组在折叠短肽基超分子螺旋研究中,发现折叠短肽构筑基元螺旋性的传递,有利于超分子螺旋形成时展现出同手性特征。基于此,提出将丙氨酸修饰成含β-转角结构的酰基丙氨酰胺基硫脲螺旋片段,同时赋予硫脲结构单元卤键键合原子(如I, Br, Cl),加之酰胺基硫脲基团之间的氢键作用,螺旋构筑基元之间经由跨越β-转角结构的氢键和卤键,形成氢键和卤键型二维正交螺旋,驱动三维同手性延伸,成功实现了单β-转角折叠短肽衍生物的手性自发拆分结晶。近期,受ChemSystemsChem期刊邀请撰写Concept Article,作者提出了多螺旋结构保障三维同手性延伸、进而驱动手性自发拆分结晶的研究设想 (图1)。



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图1. 多螺旋结构示意图。

作者简述了拆分体系中观察到的多螺旋结构,提出多螺旋的形成有利三维同手性延伸,进而促进手性自发拆分结晶。重点分析了课题组前期发展的螺旋折叠短肽基超分子螺旋的同手性特征,主要体现在强超分子手性和线型或微弱S-型CD-ee关系曲线;着重介绍了藉由二维正交氢键和卤键型超分子螺旋的形成,实现乙酰丙氨酰胺基硫脲之β-转角折叠短肽的手性自发拆分结晶,碘、溴和氯原子的引入保证了跨越β-转角的卤键螺旋的形成,加之正交氢键螺旋,保障三维同手性延伸;而氟取代和未取代衍生物由于卤键螺旋的缺失,发生共结晶。


作者指出多螺旋结构的构建策略:(i) 构筑基元制成螺旋折叠构象,(ii) 引入强方向性的分子间相互作用,如氢键、卤键、硫键等,(iii) 引入具有合适结合位点的分子,通过共结晶形式驱动多个超分子螺旋的形成。上述研究为理性设计自发拆分结晶体系提供了新的思路。

文信息

Formation of Multiple Supramolecular Helices for Spontaneous Resolution

Peimin Weng, Dr. Xiaosheng Yan, Prof. Dr. Yun-Bao Jiang


ChemSystemsChem

DOI: 10.1002/syst.202200043




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