基于螺旋多芳族胶囊的远程光学手性转移：生物传感与不对称合成的新突破

为解决合成螺旋体作为手性光学纳米工具应用不足的问题，研究人员开展了新型多芳族胶囊的制备及手性转移研究。结果显示，该胶囊能高效实现从生物手性基团到客体染料的远程手性转移，有望用于开发先进的手性生物传感和不对称合成工具。

　　在神奇的化学世界里，螺旋结构可是个 “大明星”。从微观的 DNA 双螺旋，到蛋白质的复杂折叠，它在生命的舞台上扮演着至关重要的角色。科学家们受到这些天然螺旋结构的启发，制造出了各种人工螺旋分子组装体，想把它们用在光学材料领域。但尴尬的是，这些人工螺旋虽然造出来了，可它们内部空间的 “潜力” 却没被好好挖掘，尤其是在作为手性光学纳米工具方面，进展很缓慢。

为了改变这一现状，东京工业大学创新研究学院化学与生命科学实验室等机构的研究人员挺身而出，开展了一项极具创新性的研究。他们成功制备出了新型多芳族胶囊，这种胶囊有着独特的右手或左手四重螺旋结构，就像一个个精心设计的 “分子容器”，而控制它们螺旋方向的 “小开关”，就是连接在胶囊外表面的基于手性糖类的侧链。

研究人员还发现，这种胶囊能把一些原本没有手性的荧光染料和富勒烯 C₆₀“邀请” 到自己的 “肚子” 里。更神奇的是，通过胶囊的螺旋结构，外部生物手性基团的手性可以高效地传递给这些 “客人”，让它们也具备手性特征。这一发现意义重大，它就像是为手性生物传感和不对称合成领域打开了一扇新的大门，有望催生出更先进的技术和工具。相关研究成果发表在了《Chem》杂志上。

在这项研究中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是通过 NMR（核磁共振）和质谱（MS）分析，来确定胶囊及主客体复合物的结构和组成；二是利用圆二色谱（CD）和圆偏振发光（CPL）光谱技术，研究手性转移和光活性性质；三是借助理论计算（如 TD - DFT 方法），深入探究胶囊的螺旋构象和手性转移机制 。

下面来看看具体的研究结果：

• 螺旋多芳族胶囊的制备：研究人员先合成了带有 β -D - 葡萄糖或 α -D - 甘露糖侧链的弯曲多芳族配体，再将其与金属离子（如 Pt²⁺、Pd²⁺）反应，成功制备出了新型螺旋多芳族胶囊。NMR 和 MS 分析确认了胶囊的形成和结构，CD 光谱、NMR 以及理论计算表明，手性糖类侧链能诱导胶囊形成特定螺旋构象，且螺旋构象受温度、溶剂和手性基团影响。
• 封装时的高效光学手性转移：以 BODIPY 衍生物 DMB、PMB 以及 NR 为客体，研究人员发现胶囊与这些染料形成的主客体复合物在水中稳定存在。CD 和 CPL 光谱显示，手性从胶囊侧链高效转移到了客体染料上，且不同结构的染料与胶囊形成的复合物展现出不同的光活性性质。
• 增强和可调的手性光学发光特性：用空间位阻较大的荧光染料 PMB 与胶囊形成主客体复合物时，其 CPL 信号显著增强。研究表明，这种增强可能是由于单个 PMB 染料被紧密封装在四重螺旋壳内。同时，不同荧光染料与胶囊形成的复合物能产生橙色、绿色和红色的高至优异的 CPL，无需对染料进行共价修饰。
• 对原始富勒烯的高效光学手性转移：研究人员选用富勒烯 C₆₀作为研究对象，用 Pd (II) 胶囊与之反应形成 1:1 的主客体复合物。UV - visible 光谱、CD 光谱以及 DFT 计算等表明，胶囊与 C₆₀之间存在强相互作用，手性从胶囊转移到了 C₆₀上，且在多种溶剂和固态下都能观察到这种手性转移，其手性转移效率在非共价 C₆₀体系中较高。

研究结论表明，研究人员通过在多芳族胶囊外部连接手性糖类侧链，成功调控了其螺旋构象，实现了从生物手性基团到人工非手性染料的高效远程手性转移。这一策略为开发新型手性光学纳米工具提供了新的思路，有望广泛应用于各种螺旋分子组装体，推动手性生物传感和不对称合成领域的发展，在生命科学和化学合成等领域展现出巨大的应用潜力。