李明洙/孙默团队发展了手性大环的精准合成方法

xinji

手性是自然界的一种本质属性，它指物体或系统的镜像与其本身不可重叠。人类的手可以最直观感知手性，左手在镜子里的镜像和右手一模一样，但是左右手却无法重叠，在化学领域，这被称为一对对映体。对映体具有不同的化学和生物性质，在上世纪50年代，有一种药物就因为没有区别对映体而酿成大祸：这种药名叫沙利度胺，用来帮助孕妇缓解妊娠反应。沙利度胺是一种手性药物，拥有一对对映体，这意味着孕妇吃下的药物其实有两种成分，其中一种，我们称之为右旋体，有非常好的镇静作用，可以帮助孕妇减轻痛苦，然而另一对映体——左旋化合物却对人体健康的损害非常大。由于当时的手性药物制备还不够成熟，没法有效合成单一异构体的药物，所以导致孕妇吃下的药物有非常严重的副作用，这直接导致了近两万的肢体畸形儿的悲剧，可见精准控制手性的重要性。手性的精准构筑一直是合成化学研究前沿，是跨越生物、医药、材料、信息等多学科领域的关键物质构筑的难题。

         手性大环化合物作为一类特殊的手性分子，既具有手性分子的生物特异性，又具有环状分子的刚性，同时具有小分子药物和大分子量生物药物的特点，对潜在药物靶点的亲和能力很强，是一类具有巨大药物潜力的分子。然而，受制于现有合成方法产率低下、步骤复杂和手性不可控等诸多问题，手性大环分子的进一步开发与利用受到了极大的阻碍，是长久以来化学家想要攻克的难题。
         2023年7月4日，《自然·合成》（Nature Synthesis）杂志上在线发表了复旦大学化学系李明洙教授/孙默青年研究员团队的最新成果《Enantiocontrolled macrocyclization by encapsulation of substrates in chiral capsules》。该研究利用超分子化学的底物诱导自组装的概念和非共价键的动态特性，调控手性自组装过程，可以合成任一想要的对映异构体，实现手性大环化合物的精准构筑。同时，Nature Synthesis以《Chiral macrocycle formation within chiral capsules》为题发表Research Briefing文章，重点介绍课题的研究背景、意义和背后故事。荷兰格罗宁根大学的Nathalie Katsonis教授对该研究给予了高度评价，“实现大环化已属实不易，作者竟然发现了能够控制立体选择性的大环化策略，这可不是件小事！”
        该研究工作有如下三个特点：
        1.精准手性控制：
         发挥超分子自组装的优势，利用底物诱导自组装的策略，反应物的加入诱导主体分子自组装，形成具有一定柔性的手性胶囊，其中胶囊内部为反应物分子；进而，手性胶囊通过超分子相互作用，进一步组装，形成刚性的二维纳米片层结构，将反应物在手性胶囊内部的预组织折叠构象十分精准的固定。特别地，在超声作用下，体系的手性会发生翻转，导致反应物的预组织构象也发生翻转。这是由于随着超声能量的输入，组装体系由动力学控制的状态转变为热力学稳定的状态。
        2.完美手性转化：
        由于每一个手性胶囊的化学反应环境是相同的，并且反应物的预组织构象被严格的固定在手性胶囊中，因此，当化学反应进行时，反应物可以几乎全部转化为具有单一光学活性的手性大环产物。
         3.广泛普适性：
         相较于传统手性催化剂依赖氢键等特定的化学键，通过自组装形成的限域空间来固定分子构象，可以开展不同反应物的手性大环反应。该策略不但具有官能团兼容性，也可以用于不同类型的化学反应，如Suzuki偶联反应、分子内芳香族亲核取代反应、Michael加成反应等，更拥有对于不同大小反应物的适应性。
自组装手性胶囊用于精准合成手性大环
       复旦大学化学系2021级硕士生谭麟峰为该论文的第一作者，复旦大学化学系李明洙教授与孙默青年研究员为该论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委员会、上海市科学技术委员会、复旦大学、复旦大学化学系和上海市分子催化和功能材料重点实验室的大力支持。
       全文链接：https://www.nature.com/articles/s44160-023-00360-0
       Research Breifing链接：https://www.nature.com/articles/s44160-023-00361-z
       文章来源：复旦大学
       李明洙教授现为复旦大学教授，韩国高分子学会常委和韩国科学技术翰林院院士。他于1992年获美国凯斯西储大学高分子科学博士学位。1992-1993年在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校从事博士后研究。1993年起分别在韩国延世大学(1993年-2009年)、韩国首尔国立大学(2009年-2013年)、 吉林大学(2014年-2019年)和复旦大学(2019年-至今)担任教授，在超分子组装体系的构筑、功能性纳米材料的开发及生物医用材料的设计方面开展了系列富有影响的前沿工作。自2014年以来，承担了国家自然科学基金委重点项目、面上项目等科研项目。在国际重要刊物上发表SCI 研究论文250余篇，其中Science 1篇，Nature 1篇，Nature Materials 2篇，Nature Nanotechnology 1篇，Nature Communication 4 篇，化学领域著名杂志 Angew. Chem. Int. Ed. 30 篇及 J. Am. Chem. Soc. 33 篇，在 Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res.等国际知名杂志发表数篇综述性文章。2007年当选韩国科学技术翰林院院士，2007年受聘为教育部长江学者，2008年获三星高分子科学奖，2008年日本JSPS奖学金，2009年韩国化学会学会奖，2017年吉林省优秀外国专家，2018年长白山友谊奖。先后共计在国际会议作大会报告200余次。