2月12日，國際期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》雜志在線刊發(fā)了我院甘泉教授的最新研究成果“Foldaxane-Based Switchable [c2]Daisy Chains”。

模仿生命體中各種重要細(xì)胞器的工作過程，揭示其功能的化學(xué)本質(zhì)是超分子化學(xué)領(lǐng)域得以建立并發(fā)展的目標(biāo)之一。超分子化學(xué)家們從自然現(xiàn)象中吸取靈感，基于主客體間的互補(bǔ)識別作用構(gòu)筑了一系列形態(tài)各異的人工分子機(jī)器：輪烷，索烴和分子馬達(dá)等。在構(gòu)建輪烷時(shí)，若將游離狀態(tài)下能夠彼此識別的主客體分子用共價(jià)鍵銜接成一個(gè)整體，則該分子的客體部分將可能絡(luò)合于另一個(gè)分子的主體大環(huán)中，形成首尾連接的[c2]雛菊鏈（daisy chain）復(fù)合物（如下圖1所示）。在構(gòu)建過程中，通常需要在分子的兩側(cè)進(jìn)行封端以避免大環(huán)分子的滑落。然而，封端反應(yīng)會增加主客體結(jié)合的不穩(wěn)定性，極大降低[c2]雛菊鏈產(chǎn)率。另外，過多的副反應(yīng)使得產(chǎn)物的分離純化更加困難，阻礙了對其性質(zhì)功能的進(jìn)一步探索。

芳香酰胺折疊體為解決上述難題帶來了機(jī)遇。我們課題組設(shè)計(jì)、合成了一類折疊體與多肽共價(jià)連接的分子序列，由于折疊體與多肽間存在氫鍵作用，該分子能高效自組裝成[c2]雛菊鏈結(jié)構(gòu)。不同于以往的大環(huán)雛菊鏈，折疊體雛菊鏈?zhǔn)峭ㄟ^解螺旋-再纏繞的機(jī)制形成主客體復(fù)合物，不再需要封端反應(yīng)產(chǎn)生的不可逆機(jī)械互鎖形式。盡管這種絡(luò)合機(jī)制在動力學(xué)上可逆，但緩慢的解離速度使得該互穿體系足夠穩(wěn)定，為后續(xù)分子運(yùn)動調(diào)控提供了基礎(chǔ)。

圖1. 構(gòu)筑[c2]雛菊鏈的策略

在此基礎(chǔ)上，我們將序列中多肽部分延長，使折疊體可以在多個(gè)識別作用位點(diǎn)間往返梭動，從而構(gòu)建了[c2]雛菊鏈型人工分子肌肉（圖2）。通過保護(hù)/去保護(hù)反應(yīng)調(diào)節(jié)識別位點(diǎn)的氨基，改變其空間位阻，可實(shí)現(xiàn)對分子肌肉拉伸/壓縮運(yùn)動狀態(tài)的調(diào)控。該研究為進(jìn)一步探索基于動態(tài)組裝的復(fù)雜分子體系奠定了基礎(chǔ)。

圖2. [c2]雛菊鏈型人工分子肌肉調(diào)控示意圖

甘泉教授為本文通訊作者，我院2021級碩士研究生廖思蓓為論文的第一作者，華中科技大學(xué)為唯一通訊單位。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金 (no.21871101) 和生物無機(jī)化學(xué)與藥物湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金 (No. BCMM202203) 的資助。