吉林大学董泽元团队Angew：分子之间“异性相吸”——异手性螺旋二聚超分子的合成与手性

“同性相斥，异性相吸”是电荷之间相互作用力的基本原理。同种电荷（正电荷与正电荷、负电荷与负电荷）在电荷间相互作用力下相互排斥，而异种电荷（正电荷和负电荷），之间则产生吸引力，意味着它们会彼此吸引。然而，自然界偏爱一种手性，组成蛋白质的氨基酸都是L-构型，糖类基本都是D-构型，很少能够观察到分子之间“异性相吸”现象。近日，吉林大学董泽元（点击查看介绍）团队报道一种结构明确的异手性螺旋二聚超分子，展现了分子之间的“异性相吸”特点。

螺旋二级结构的精确组装是生物大分子在生命系统中发挥生物功能的必要条件，二级结构间相互作用力的研究是超分子化学领域中备受关注的研究课题。研究螺旋二级结构间的相互作用力有助于提升我们对于生物高级结构与功能的理解，有益于构建具有精确结构以及功能化的仿生高级结构。目前，要精确控制螺旋二级结构之间的相互作用构建具有明确定义结构的超分子仍然面临着巨大挑战。

迄今为止，已经报道了螺旋二级结构之间的各种相互作用模式，例如线性组装体（i）、螺旋束（ii）、二聚化螺旋（iii）、双螺旋（iv）以及二聚化螺旋棒（v），这些相互作用模式将为更复杂的高级结构设计提供了重要信息。

近日，吉林大学董泽元教授课题组通过研究螺旋二级结构间的相互作用，报道了一种独特的二级结构间作用力模式，左手螺旋（M）能够特异性地识别右手螺旋（P），形成结构明确的异手性螺旋二聚超分子（上图（v）），展现了分子之间“异性相吸”的特点，并且异手性螺旋二聚超分子的形成涌现出独特的超分子手性。

作者设计合成了一系列螺旋骨架分子，并通过单晶X射线衍射证实异手性螺旋二聚超分子的堆积模式。在芳香基团π堆积的驱动下，左手螺旋M-F2a与右手螺旋P-F2a沿着螺旋轴向组装，且位于F2a结构两端空阻基团打断了螺旋轴向的π堆积，使得两个异手性螺旋分子能够以稳定、离散的二聚超分子形式存在，其二聚化结合常数达到3.1×10⁶ M^-1。

随后，作者引入手性基元（S/R-2-(4-苯基-噁唑-2-基)苯胺）合成了一系列光学纯螺旋折叠体（F3、F4、F5以及F6），研究了螺旋二级结构间的手性传递与竞争关系。结果表明，异手性螺旋二聚超分子中存在一种未被发现的超分子手性，并通过共价体系的设计验证了超分子手性是由超分子结构本身产生的。

综上，董泽元教授课题组报道了一类从精准结构到新颖性质的超分子体系，通过研究螺旋二级结构之间相互作用模式，发现左手螺旋（M）能够特异性地识别右手螺旋（P），实现了分子之间的“异性相吸”，并最终形成稳定、离散的异手性螺旋二聚超分子，并涌现出超分子结构的新手性。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Heterochiral π-Stacking Dimerization of Helical Secondary Structures with Emerging Supramolecular Chirality

Wencan Li（李汶灿）, Yiqi Shao, Zhaocheng Xu, Yunpeng Ge, Zhenzhu Wang, Hua Jiang, and Zeyuan Dong

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202414317

导师介绍

董泽元

https://www.x-mol.com/university/faculty/75660