北大宛新华/张洁课题组 Angew：用于手性胺多通道可视化检测的活性酯-胺反应

2022-03-17 来源：高分子科技

由于固有的手性微环境，生命体通常会与一对对映体表现出不同的药理和生理相互作用。因此，获得对映体纯的手性化合物并开发有效的表征方法来确定它们的对映体过量值(ee) 非常重要。为实现手性物质的高通量筛选，许多光谱方法包括核磁、圆二色光谱 (CD)、紫外可见吸收光谱和荧光光谱等已被开发用于 ee 分析。其中，基于手性荧光探针的荧光方法由于灵敏度高、可视化、易于获取等优点而备受关注。然而，荧光强度与ee值之间通常很难达到较好的线性定量关系，从而导致严重的测量误差。对映体选择性多通道传感器融合不同检测技术的优点，可有效提高检测的选择性、灵敏度和准确度，但很少能够实现。

单取代聚乙炔是一种典型的动态π共轭螺旋聚合物，在外部刺激下其螺旋构象易于调控。基于诱导的特征CD 信号或肉眼可见的吸收波长变化，单取代聚乙炔可以作为一种有效的对映体选择性检测器来检测手性物质的绝对构型。然而，其对映体选择性荧光检测器虽备受期待，却至今尚未实现，主要归因于它们主链通常采用伸展的cis-transoid构象，并且由于基态和低激发态的电子能级不匹配而不发光。前期，北京大学的宛新华教授和张洁副教授课题组与中国科学院大学彭谦教授、清华大学帅志刚教授合作，首次报道了基于紧密cis-cisoid聚炔骨架的发光单取代聚乙炔，紧密的螺旋构象能反转1B_u和2A_g的能级次序，并限制了分子内运动，从而主链可表现出很强的黄绿色荧光。其出色的刺激响应性圆偏振发光 (CPL)可用作CPL探针，并成功用于定量检测非手性酸(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 21918–21926)。通过结合选择性化学反应和反应程度依赖的单取代聚乙炔螺旋构象转变，理论上可以开发出同时兼具CD、吸收、PL和CPL等不同检测模式的高性能对映体选择性多通道传感器。

图1、通常的(a)与可视化的(b)活性酯-胺聚合后反应；(c) 活性酯聚合物及相应活性酯-胺反应产物的化学结构式；活性酯-胺反应前后的荧光光谱(d)与CD、UV-vis吸收光谱(e)

为实现该想法，近日该课题组报道了一种新的自显示活性酯-胺化学反应，对手性胺的立体构型可提供多通道可视化定量检测。与通常不可视化的活化酯-胺反应不同，作者将聚苯乙炔的构象转变诱导发光性质巧妙地和活性酯-胺反应结合起来：在反应过程中，聚炔主链骨架逐渐从伸展的cis-transoid构象转变为紧密的cis-cisoid构象，从而改变主链的电子能级，表现出很强的黄绿色荧光(图1)。作者系统研究了反应动力学与各种影响因素，通过合成一系列不同活性酯组成的标准物，成功建立了荧光强度与构象转变程度及化学反应进程之间的定量关系，发展出用肉眼可见的荧光变化来实时定量监测反应进程的方法(图2)。

图2、不同双酰胺含量标准物的CD、UV-vis吸收光谱(a)、荧光光谱(b)以及相应的荧光强度、X_ct与双酰胺含量的定量关系(c)；活性酯-胺反应过程中不同时间的CD、UV-vis (d)与荧光光谱(e)及荧光强度、X_ct随反应时间的变化(f)；(g) 不同标准物的照片与紫外灯下的荧光照片；(h) 不同反应时间下的溶液照片与紫外灯下的荧光照片

由于该反应具有很高的化学与立体选择性，不仅可以很容易地用于识别结构多样的有机胺、定量检测杂质的含量，而且它还对各种手性胺表现出出色的对映选择性，可用于确定手性胺的ee值。不同构型的手性胺与活性酯聚合物反应时，在反应速度上具有显著的差异，这种差异可以同时反映在吸收光谱、CD光谱、荧光光谱和圆偏振发光光谱中，不同检测信号如主链吸收强度、CD以及荧光强度与ee值均能呈现较好的线性关系，提供了独特的多通道检测(图3)。

图3、(a) 对映选择性多通道可视化检测机理示意图；(b) 不同ee值手性胺反应后溶液的荧光和自然光照片；(c) (R)-与(S)-构型手性胺活性酯-胺反应动力学监测；(d) 不同ee值手性胺反应4 h后的荧光光谱；荧光强度(e)、440 nm处的主链吸收(f)、360 nm处主链的CD信号强度(g)与ee值间的定量关系；(h) 不同构型手性胺反应后溶液的荧光强度与常见的单通道检测器相比，该多通道检测方法融合不同检测技术的优点，不仅可以增加检测方式的多样性，扩大应用范围，还可以有效提高检测的选择性、灵敏度和准确度。

北京大学的汪胜博士为论文的第一作者，该工作得到了国家自然科学基金（No. 51833001、No. 51921002、No. 52103001）和中国博士后科学基金（No. 2020M680191、No. 2021T140007）的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202202268

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（责任编辑：xu）

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