Chem. Eur. J. :基于ε-芳香醚氨基酸的鱼骨形螺旋折叠体

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浙江理工大学杨勇课题组以ε-芳香醚氨基酸为基本构筑单元合成了一系列低聚体,在连续的分子内NH−O−NH 和 O−NH−O三中心氢键以及π-π堆积作用下,这些低聚体无论在溶液中还是固态下均呈现鱼骨形螺旋构象。低聚体一端手性辅助基团的引入,成功诱导了单手性螺旋结构的形成。


蛋白质α螺旋结构和DNA双螺旋结构,是生物分子中螺旋结构的典型代表。从非天然基块出发构筑的螺旋结构,除了实现对生物分子结构甚至功能的模拟,还在催化、药物传输、圆偏振发光等领域,具有广泛的应用。以芳酰胺为基本骨架的螺旋折叠体,构象易于预测和控制,则最受青睐,但文献中报道的构筑单元的种类非常有限。在这篇论文中,杨勇课题组设计了全新的构筑单元——ε-芳香醚氨基酸,发展了一类鱼骨形螺旋折叠体。


受前期工作高效合成功能化氧杂杯[4]芳烃的启发,杨勇课题组通过高效的芳香亲核取代反应(SNAr),大规模合成了硝基和酯基衍生的芳香醚,还原硝基为氨基,水解酯基为羧基,则构成了螺旋折叠体的基本单元——ε-芳香醚氨基酸;随后,通过迭代的酰胺形成和还原反应,他们合成了最多含有十个苯环的低聚体。



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图1 基本构筑单元的合成和低聚体折叠示意图。

即使缺少脂溶性基团,这些低聚体在非极性溶剂中呈现良好的溶解性,这显示极性酰胺基团可能由于折叠的原因隐藏于内部,不与溶剂分子接触。1H NMR则呈现分辨良好的谱图,并且随着链的增长,几乎所有的信号向高场移动,这是螺旋结构形成所导致的芳香环的屏蔽效应。低聚体的单晶结构中呈现一对P螺旋和M螺旋的对映异构体:芳香醚键−O−不仅作为结构单元为鱼骨形螺旋的形成提供转角,还充当O−NH−O & NH−O−NH三中心氢键的受体,为折叠提供驱动力。螺旋折叠结构形成同时,也导致芳香环的交叠,π-π堆积作用进一步增强折叠倾向。

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图2 含有十个苯环的低聚体的结构及其单晶结构,呈现一对P螺旋和M螺旋对映异构体。

一端引入手性辅助基团的低聚体的圆二色谱呈现链长依赖性:随着链的增长,310 nm处的Cotton效应显著增强,这显示端基单个手性碳原子的引入,诱导了单一螺旋结构的形成或者某个对映体过量。TD-DFT计算进一步揭示了R手性碳原子倾向诱导均一P螺旋结构的形成。

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图3 一端引入手性辅助基团的螺旋低聚体的结构及其随链长变化的圆二色光谱。

该论文设计开发的基本构筑单元——ε-芳香醚氨基酸,可以从简单易得的原料出发大规模合成;O−NH−O & NH−O−NH连续三中心氢键主导的折叠倾向可以被π-π堆积作用进一步加强;端基手性因素的引入可以方便的诱导单一螺旋结构的形成。这些优势为基于ε-芳香醚氨基酸低聚体的螺旋折叠体的进一步功能化奠定了基础。

文信息

Herringbone Helical Foldamers from Aromatic Ether Derived ϵ-Amino Acid Peptides

Dr. Yong Yang, Dr. Min Xue


Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202301832

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