Angewandte Chemie：通过二硫键使大分子选择性自组装为螺旋形结构

新闻简介：近期，由法国波尔多大学的研究者们带领的国际团队研究出了一种将人工分子的散乱排列转变为左手螺旋和右手螺旋结构的方法。相关论文发表在Angewandte Chemie杂志上。

自然中的生物分子一般呈现螺旋形态，并且能够以此结构向生物体各部位分配特定的功能，而将人工分子改造成螺旋形结构是一项特殊的挑战，在散乱分子的螺旋化排列过程中，控制分子间紧密结合十分困难，稍有不慎，分子结构又将会土崩瓦解，回到最初散乱的状态。

该项研究中使用的人工分子，都是芳香低聚酰胺，就像从氨中分离出来的脂肪分子一样，一开始的形状就像是散乱地放在桌子上的珍珠项链，而通过在空间结构上几个特定的位置加入双硫桥，分子具有了像纸张一样折叠的能力并且能够一层层地叠加起来。

在附加的实验之中，实验人员将螺旋形分子的尾部联接在一起，惊奇地发现即使只有一个点的接触，也能够使得联接分子的结构相互同化，它们的左手螺旋和右手螺旋情况变得一致。

研究者团队表明，折叠和环化作用在自然界中都十分普及，正是由这两个基本原则帮助生物分子产生了特定的功能。因此，此项研究的意义非凡，例如改变引起癌症或者老年痴呆这些疾病的某些酶的结构，能够帮助我们治疗疾病，推动医学的发展。在之后的研究中，此成果还有望应用在生物体的催化作用和能量转换方面。

图文导读：

方案1 中低聚物1和2的设计是为了验证双硫键是否能够用来稳定芳酰胺折叠体的螺旋形态并且将几个螺旋体组合在一起。

方案1. 低聚物1和2合成为大环类化合物3和4。反应条件：a) 14毫摩尔/升的THF/H₂O(四氢呋喃/水，体积比为3:1)溶液中，40微升二异丙基乙胺，25℃，反应48小时。

图1中(a)是由叔丁酯的前体1形成螺旋晶体结构的示意图，位于中心的两个硫醇链距离很近并且与螺旋结构的一端偏离，这隐示了在分子内部形成双硫桥是可能的。(b)是低聚物1在方案1中的a反应条件下形成的化合物3的螺旋示意图，其中键内存在硫桥。(c)是由低聚物2形成螺旋晶体结构的示意图，但是即使考虑上侧链的灵活性，两个硫醇链的距离还是太远，以至于不能形成双硫桥。

图1. (a)(c)(d)分别表示了方案1中的低聚物1，2和大环类化合物4的晶体结构。(b)图表示通过能量最小化模型分析出的形成大环类化合物3过程中的晶体结构转变。所有的图示都包括了侧视图和顶部视图，为了清晰起见，图中省略了氨以外的氢离子，溶剂分子和异丁氧基侧链。在(d)(c)图中的椭圆代表类似的侧链构象。碳，硫，氮，氧，氢分别对应了图中的灰色，黄色，蓝色，红色和白色，绿色间断线表示了分子间的距离。

图2. 各化合物在有机溶剂CDCl₃中300兆赫兹的¹H核磁共振谱：a)1；b)3；c)2；d)4。星号表示样品中丙酮的残留。

在实验中，为了衡量螺旋形的热稳定性。研究人员测定了P和M螺旋间的相互转换率。图3a-c中使用了手性高效液相色谱法来区分P和M型螺旋构象。图3d记录的CD谱表明了样品无论是在CHCl₃还是THF中溶解，特殊的谱带都会衰减并且符合一级动力学原理(图3e)。

图3. 手性消旋动力学。P和M型螺旋构象的色谱分离：a)低聚物1(四氢呋喃与正己烷体积比40:60)；b)大环类化合物3(四氢呋喃与正己烷体积比50:50)； c)大环类化合物4(三氯甲烷和乙酸乙酯体积比30:70)。UV检测跟踪(300纳米)在顶部显示，CD检测跟踪(360纳米)在底部显示。d)化合物4在30℃的三氯甲烷中CD强度衰减的示意图；e)CD强度一阶衰减线性图：◆表示3，■表示4，●表示1。

本文由材料人编辑部尉谷雨提供素材，夏添编辑整理。

这项研究发表在近期的Angew.Chem上。

原文参考链接：Folding molecules into screw-shaped structures

文献链接：Selective Dynamic Assembly of Disulfide Macrocyclic Helical Foldamers with Remote Communication of Handedness