Angewandte Chemie：通過二硫鍵使大分子選擇性自組裝為螺旋形結構

新聞簡介：近期，由法國波爾多大學的研究者們帶領的國際團隊研究出了一種將人工分子的散亂排列轉變為左手螺旋和右手螺旋結構的方法。相關論文發表在Angewandte Chemie雜志上。

自然中的生物分子一般呈現螺旋形態，并且能夠以此結構向生物體各部位分配特定的功能，而將人工分子改造成螺旋形結構是一項特殊的挑戰，在散亂分子的螺旋化排列過程中，控制分子間緊密結合十分困難，稍有不慎，分子結構又將會土崩瓦解，回到最初散亂的狀態。

該項研究中使用的人工分子，都是芳香低聚酰胺，就像從氨中分離出來的脂肪分子一樣，一開始的形狀就像是散亂地放在桌子上的珍珠項鏈，而通過在空間結構上幾個特定的位置加入雙硫橋，分子具有了像紙張一樣折疊的能力并且能夠一層層地疊加起來。

在附加的實驗之中，實驗人員將螺旋形分子的尾部聯接在一起，驚奇地發現即使只有一個點的接觸，也能夠使得聯接分子的結構相互同化，它們的左手螺旋和右手螺旋情況變得一致。

研究者團隊表明，折疊和環化作用在自然界中都十分普及，正是由這兩個基本原則幫助生物分子產生了特定的功能。因此，此項研究的意義非凡，例如改變引起癌癥或者老年癡呆這些疾病的某些酶的結構，能夠幫助我們治療疾病，推動醫學的發展。在之后的研究中，此成果還有望應用在生物體的催化作用和能量轉換方面。

圖文導讀：

方案1 中低聚物1和2的設計是為了驗證雙硫鍵是否能夠用來穩定芳酰胺折疊體的螺旋形態并且將幾個螺旋體組合在一起。

方案1. 低聚物1和2合成為大環類化合物3和4。反應條件：a) 14毫摩爾/升的THF/H₂O(四氫呋喃/水，體積比為3:1)溶液中，40微升二異丙基乙胺，25℃，反應48小時。

圖1中(a)是由叔丁酯的前體1形成螺旋晶體結構的示意圖，位于中心的兩個硫醇鏈距離很近并且與螺旋結構的一端偏離，這隱示了在分子內部形成雙硫橋是可能的。(b)是低聚物1在方案1中的a反應條件下形成的化合物3的螺旋示意圖，其中鍵內存在硫橋。(c)是由低聚物2形成螺旋晶體結構的示意圖，但是即使考慮上側鏈的靈活性，兩個硫醇鏈的距離還是太遠，以至于不能形成雙硫橋。

圖1. (a)(c)(d)分別表示了方案1中的低聚物1，2和大環類化合物4的晶體結構。(b)圖表示通過能量最小化模型分析出的形成大環類化合物3過程中的晶體結構轉變。所有的圖示都包括了側視圖和頂部視圖，為了清晰起見，圖中省略了氨以外的氫離子，溶劑分子和異丁氧基側鏈。在(d)(c)圖中的橢圓代表類似的側鏈構象。碳，硫，氮，氧，氫分別對應了圖中的灰色，黃色，藍色，紅色和白色，綠色間斷線表示了分子間的距離。

圖2. 各化合物在有機溶劑CDCl₃中300兆赫茲的¹H核磁共振譜：a)1；b)3；c)2；d)4。星號表示樣品中丙酮的殘留。

在實驗中，為了衡量螺旋形的熱穩定性。研究人員測定了P和M螺旋間的相互轉換率。圖3a-c中使用了手性高效液相色譜法來區分P和M型螺旋構象。圖3d記錄的CD譜表明了樣品無論是在CHCl₃還是THF中溶解，特殊的譜帶都會衰減并且符合一級動力學原理(圖3e)。

圖3. 手性消旋動力學。P和M型螺旋構象的色譜分離：a)低聚物1(四氫呋喃與正己烷體積比40:60)；b)大環類化合物3(四氫呋喃與正己烷體積比50:50)； c)大環類化合物4(三氯甲烷和乙酸乙酯體積比30:70)。UV檢測跟蹤(300納米)在頂部顯示，CD檢測跟蹤(360納米)在底部顯示。d)化合物4在30℃的三氯甲烷中CD強度衰減的示意圖；e)CD強度一階衰減線性圖：◆表示3，■表示4，●表示1。

本文由材料人編輯部尉谷雨提供素材，夏添編輯整理。

這項研究發表在近期的Angew.Chem上。

原文參考鏈接：Folding molecules into screw-shaped structures

文獻鏈接：Selective Dynamic Assembly of Disulfide Macrocyclic Helical Foldamers with Remote Communication of Handedness