我国学者在手性自发拆分研究方面取得进展

来源：化学科学部　  作者：岳衎 付雪峰 王春霞　 

图 （a）乙酰丙氨酸及其酰胺基硫脲衍生物的分子结构；（b）酰胺基硫脲折叠短肽外消旋体的手性自发拆分示意图

　　在国家自然科学基金项目（批准号：21820102006、91856118、21521004、21435003、22101240）等资助下，厦门大学江云宝团队在手性自发拆分研究方面取得进展，相关成果以“二维同手性螺旋促进螺旋构筑基元的手性自发拆分（Spontaneous Resolution of Helical Building Block through the Formation of Homochiral Helices in Two Dimensions）”为题，于2022年5月30日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）杂志上。论文链接为：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202205914。

　　自1848年巴斯德实现酒石酸盐对映体的拆分以来，手性自发拆分一直备受关注。文献调研表明，外消旋体结晶时仅约5~10%发生手性自发拆分，而90%以上的外消旋体发生共结晶。由于涉及晶体成核和生长过程的热力学和动力学因素过于复杂，人们至今仍无法预测某一外消旋体能否发生自发拆分结晶。因此，如何理性设计手性自发拆分的结晶体系仍然是一项重大挑战。

　　江云宝团队近年来在折叠短肽的超分子螺旋研究中，观察到超分子螺旋形成中的同手性特性，提出了“保障折叠构筑基元螺旋性有效延展”的概念，并据此形成了通过构筑二维或三维超分子螺旋以驱动三维同手性延伸、促进手性自发拆分结晶的研究设想。该团队设计并合成了一系列乙酰丙氨酰胺基硫脲模型分子，由于该系列分子β-转角结构可呈现折叠构象，且转角结构之间具有氢键相互作用；在苯基硫脲中苯环的对位引入卤素原子，可在折叠分子间引入具有穿越转角结构的卤键（图a）。实验结果表明，以碘、溴和氯等卤素原子修饰的折叠短肽衍生分子间具有较强的卤键作用，可同时形成穿越转角结构的氢键和卤键型超分子螺旋。这两种正交非共价作用力的协同效应保障了结晶过程中的三维同手性延伸，进而实现了外消旋体发生手性自发拆分结晶；相对应的，以氟原子修饰或不含卤素原子的折叠短肽衍生分子间由于缺乏卤键作用，仅可形成一维氢键超分子螺旋结构，其外消旋体则发生共结晶（图b）。该项研究为理性构筑手性自发拆分结晶体系提供了新的思路，也有助于加深人们对自然界同手性现象的认识。