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《手性化合物手性选择性代谢机制取得重要进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者： wukan
  • 发布时间：2018-01-19

  • 手性是自然界普遍存在的一种分子不对称现象。拥有相同分子量、分子结构的不同手性异构体在生物体内往往表现出截然不同的生理活性和毒性。因此，手性问题在生命科学领域显得尤为重要。环境污染物中也有不少属于手性化合物。了解不同手性异构体在生物体内的差异性富集、代谢是正确认识和评价相关手性污染物生态风险的基础。

    多氯联苯是一类具有三致作用的持久性有机污染物。在 209 种单体中，有 19 种单体存在着稳定的手性对应异构体。手性异构体的组成常常被用于示踪污染物的生物代谢过程，但对于手性组成变化的具体机制一直鲜有研究。中国科学院广州地球化学研究所麦碧娴课题组博士生唐斌、罗孝俊研究员以鲤鱼为研究对象，利用手性单体稳定同位素技术，测定了饮食暴露条件下 7 种手性 PCB 单体（ PCB45 ， 91 ， 95 ， 132 ， 149 ， 174 和 183 ）的手性组成特征及每个手性单体的稳定碳同位素组成，对手性变化的具体机制进行了初步的探索。

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  • 《广州健康院在固有手性氮杂八员环化合物的对映选择性合成与应用方面取得进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2022-06-28
    • 　国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）对手性(chirality)的定义为，如果一个刚性物体和它的镜像不能完全重叠，就称它具有手性。刚性物体的这种几何性质，在微观世界也普遍存在。当具有手性的有机小分子（客体）通过和生物大分子（主体）的相互作用来干预生物功能时，主、客体就存在手性匹配的问题。此时，客体分子的两种对映异构体往往表现出显著的生物活性差异，有时甚至截然相反。因此，精准地合成手性有机小分子的单一对映异构体，而非其与镜像结构的混合物，即对映选择性合成是有机化学重要的基础研究方向之一，对药物化学，化学生物学等交差学科的研究具有重要的意义。 　分子的手性主要有中心手性，轴手性，平面手性和螺旋手性这四种（图1）。目前绝大部分的手性分子，不管是天然的还是人工合成的，都可以用以上四种手性类型归属它们的手性特征。然而，科学家们在研究大分子和超分子过程中发现，有些分子尽管局部不含有以上的手性因素，但分子整体却表现出手性。德国化学家B？hmer在深入研究杯[4]芳烃的手性现象后，于1994年提出了固有手性的概念（J. Inclusion Phenom. Mol. Recognit. Chem. 1994, 19, 17-39）。固有手性通常是指中环或者大环分子，由于其环状结构大大限定了分子的自由度，当分子的稳定构象与其镜像结构之间不能自由互变（互变能垒ΔG > 30 kcal/mol）且不能重叠而表现出来的手性。尽管分子的局部不含有传统的四种手性因素，固有手性是分子整体的固有的特性，这一特点和螺旋手性类似。虽然中环分子也常常是有机化学家们的研究对象，但是它们偶尔表现出来的固有手性现象却常常被忽视。其中，手性的四邻亚苯类化合物是个例外（图2，1）。这类化合物具有独特的稳定的马鞍型结构，它被广泛应用于超分子、材料，以及不对称催化领域。香港中文大学的黄乃正院士团队对其进行了深入的研究（Natl. Sci. Rev. 2017, 4, 892-916）。但是，目前获得光学纯的手性四邻亚苯类化合物往往是通过拆分的方法获得，拆分效率较低、操作繁琐。对于具有类似的稳定马鞍型构象的氮杂八员环类似物（图2，2-6），它们的稳定构象与其镜像结构之间的互变能垒虽然比四邻亚苯1低很多，但也普遍在30-40 kcal/mol之间，是比较稳定的手性化合物。对它们的不对称合成以及它们的衍生物作为手性配体或者催化剂的应用研究，在国内外还是空白。对这类八员环的手性属性问题，也没有得到广泛的共识。 　异腈基团作为一类结构特殊的官能团，被广泛应用于含氮杂环的合成中。其中，朱强团队在钯催化的官能化异腈的不对称转化研究中，取得了一系列创新性成果，成功的应用于含中心手性，平面手性和轴手性的含氮杂环构建中（图3）。 　在此基础上，朱强团队报道了通过联芳基二异腈基连续插入有机钯物种，然后被分子间亲核试剂终止的新型三组分偶联反应策略，以良好的收率和优异的对映选择性构建了一种新型的固有手性四邻亚苯氮杂类似物（图4）。这是固有手性氮杂八员环化合物的首次对映选择性合成。 　最近，他们又发展了手性磷酸CPA催化的不对称缩合环化策略实现了这类化合物的对映选择性合成（图5）。廉价易得的联苯二胺和苯偶酰在手性磷酸CPA催化下直接发生不对称缩合环化，实现了固有手性6，7二芳基二苯并二氮杂环辛四烯类化合物（DDD）的首次不对称合成。该反应无需金属参与、原料易得，水为唯一副产物，反应条件温和，收率高，对映选择性好。在此基础上首次获得了高度光学纯的邻二酚衍生物DDDOL，并且以此为全新的固有手性骨架，开发出多种新颖的固有手性配体及催化剂。团队中罗爽副研究员通过DFT计算研究了反应历程，揭示了对映选择性来源。 值得一提的是，朱强团队成功将通过以上策略获得的固有手性氮杂八元环骨架开发为一系列新型的固有手性试剂、配体和催化剂（图6），其中多个结构均可大量制备。 这些结构新颖且独特的固有手性氮杂八元环试剂、催化剂和配体在多种不对称转化中，大多都表现出优异的结果。例如，化合物13作为手性转酰化试剂，对外消旋伯胺类化合物以及氨基酸酯进行有效地拆分（图7）。脱除酰基后的固有手性氮杂八元环母核15可以几乎定量回收，且ee值保持，因此可以重复使用。 　　其次，在Rh催化烯酰胺的不对称氢化中测试了DDDOL衍生的亚磷酰胺配体18，初步结果表明，其具有同经典亚磷酰胺配体相同或相近的结果（图8，a）。此外，将DDDOL衍生的双膦配体22应用于Pd催化的烯丙基胺化反应中，以优异的对映选择性首次实现了在此类反应中同时引入中心手性和C-N轴手性（图8，b）。并且，与经典的BINAP配体比较，在他们发展的固有手性配体下，产率更优异。这些手性配体和催化剂在多个不对称反应展现出的优异结果，可以和现有的优势骨架配体形成互补，为众多的不对称反应提供候选配体和催化剂。以上的研究势必会引起国内外学者对中环化合物固有手性问题的重视。 　相关研究成果分别以Communication和Article发表CCS Chemistry上（CCS Chem. 2021, 3, 3427-3435；CCS Chem. 2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202201901）。CCS Chemistry 于2019年创刊，是中国化学会独立创办的第一本国际杂志，是中国化学会的旗舰新刊。主编和常务副主编分别由中国化学会理事长姚建年院士和吉林大学校长张希院士担任。论文通讯作者为朱强研究员和罗爽副研究员，课题组2019级博士生罗宇为第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金(21772198, 21871268, 22071250)、广东省自然科学基金(2020A1515011428)等项目的支持。
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  • 《中美团队新型手性无机纳米材料研制取得新进展》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2020-02-25
    • 近日从中国科学技术大学获悉，该校俞书宏院士团队与国家纳米科学中心唐智勇研究员课题组、多伦多大学EdwardSargent教授团队开展多方合作，在新型手性无机纳米材料合成研究中取得突破性进展。 该成果近日在线发表在《自然纳米技术》杂志上。 手性材料在推动生物标记、手性分析和检测、对映异构体选择性分离、偏振相关光子学和光电子学应用等领域的发展具有重要意义。 目前，传统手性纳米材料主要是通过引入手性配体或构造螺旋结构等电偶极矩调控方式构筑，但这类手性材料在环境稳定性和导电性方面通常存在局限性，极大地限制了其实际应用。探索新的调控机制并构筑新型手性纳米功能材料是突破这一科学瓶颈的新途径。 中国科学技术大学俞书宏院士团队与国家纳米科学中心唐智勇研究员课题组、多伦多大学EdwardSargent教授团队联手开展多方合作，首次通过在一维纳米结构单元中定点选择性复合磁性材料，利用局域磁场调制电偶极矩与磁偶极矩之间的相互作用，成功合成了一类新型手性无机纳米材料。 研究人员基于材料间接触角与异质成核生长的相互关系，通过次序引入中间缓冲层改变材料间的界面能差异，从而解决了传统半导体材料与磁性材料间的晶格和化学失配问题，巧妙地实现了磁性材料在不同半导体特定位置的选择性生长。 研究人员发现，在纳米结构中引入局域磁场可实现对电偶极矩与磁偶极矩的有效调控。通过构筑这类新型磁光纳米材料，能够实现磁诱导光学活性，为开发新型手性无机纳米材料提供了新途径。 研究结果表明，该方法具有高度普适性，可广泛用于多种半导体材料与磁性组分间的耦合，为今后设计开发手性光学活性纳米材料开辟了新途径。同时，这种新型磁光半导体纳米材料的成功开发使得在室温下的各向异性铁磁性以及自旋操控成为可能，从而有望为自旋电子学和量子计算技术提供新的材料平台。
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