溶剂介导的苯丙氨酸超分子螺旋自拆分机制研究——DMF在氨基酸手性结晶中的关键作用

本研究发现二甲基甲酰胺(DMF)通过氢键桥连同手性超分子螺旋，实现了苯丙氨酸衍生物AcFH/AcFI的自发拆分。研究揭示了溶剂分子尺寸与氨基酸残基体积的匹配性（H···O距离4.15?≈苯环尺寸）是形成三维同手性晶体的关键，为手性化合物分离提供了新策略。该成果发表于Cell Reports Physical Science，对理解溶剂在结晶过程中的分子识别机制具有重要启示。

　　

在生命科学领域，手性化合物的自发拆分始终是重大挑战。最新研究通过构建苯丙氨酸(F)的螺旋衍生物AcFH和AcFI，揭示了溶剂二甲基甲酰胺(DMF)在自发拆分中的关键作用。这项突破性工作为理解分子手性调控机制提供了新视角。

分子设计与溶剂选择
研究团队设计合成了含卤素键的AcFI和不含卤素的AcFH两种苯丙氨酸衍生物。通过¹H-NMR和各向异性因子(g)分析发现，DMF和CH₃CN能形成更有序的结构。关键发现是：苯丙氨酸残基的庞大苄基(-CH₂Ph)导致相邻螺旋间距达10.87?，而DMF分子中H···O距离(4.15?)恰好与此匹配。

晶体结构解析
X射线衍射显示，L-AcFH在DMF中形成三种螺旋结构：1)通过N-H^c···^fO=C/C=S···^aH-N氢键形成的M螺旋(螺距7.60?)；2)Ar-H^h···S=C氢键构成的P螺旋；3)苯丙氨酸残基Ar-H^g···^eO=C形成的新M螺旋。这三种螺旋沿b轴排列，通过DMF桥连形成三维同手性结构。

溶剂效应机制
比较研究显示：在CH₃CN中仅形成两个螺旋，CH₃OH中更只有一个螺旋。关键区别在于DMF能同时提供氢键供体(HC-H)和受体(O=CH)，其分子尺寸恰好填充苯丙氨酸残基创造的空隙。能量计算证实DMF体系的β-转角结构最稳定，各向异性因子最大。

对比研究
有趣的是，含碘的AcFI在DMF中也能自发拆分，但在CH₃OH/CH₃CN中则形成外消旋化合物。这突显了溶剂尺寸效应的普适性：小分子溶剂如CH₃OH(2.00?)会桥连异手性分子，而DMF专一性连接同手性螺旋。

该研究建立了"残基体积-溶剂尺寸"匹配的新原则，为手性药物分离提供了新思路。未来可探索压力、添加剂等对拆分效率的影响，进一步拓展该策略的应用范围。这项工作深化了对分子识别和自组装过程的理解，在不对称合成和药物纯化领域具有重要价值。