基于分子识别新原理的阴离子通道的构建

Study of ion transport through membranes based on synthetic ion channels is an important topic in supromaolecular chemistry. In sharp contrast to the well developed synthetic cation channels, however, the anion channels remains largely unexplored most probably due to the intrinsic natures of anions, such as varied geometries, low charge density and high free energies of solvation solvation, and also few anionophores could be accessed from natural sources. This project plans to synthesize a series of macrocycle host molecules bearing multiple electron deficient aromatics, which enables the selective recognition towards the important and abundant anions in physiological solutions, such as chloride, nitrate, carbonate, sulfate and phosphate through multiple anion-pi interactions. By means of post-macrocyclization functionalization protocol, novel anion channels would be constructed. Then experimental approaches of vesicles and/or planar bilayer membranes would be carried out to study the ion transport through membranes.

人工离子通道的设计、合成与跨膜传输研究是超分子化学的重要内容。相比于研究较为深入的人工阳离子通道，人工阴离子通道由于阴离子本身的特性诸如多几何形状、低电荷密度、易溶剂化等特点以及够借鉴的天然阴离子通道很少等因素，其发展非常缓慢。本项目基于阴离子-pi作用的原理和多重非共价弱相互作用协同的策略，针对生命体系中重要的阴离子如氯离子，硝酸根，碳酸根，硫酸根和磷酸根等，拟设计合成一系列与阴离子的几何形状和大小空间互补的、含多重阴离子-pi协同作用的大环主体分子。进而利用杂原子桥连杯杂芳烃的衍生和功能化修饰，引入不同的疏水基团，构建阴离子通道；利用囊泡技术、脂双层电导测量等技术，探索阴离子跨膜传输的动态过程。

人工离子通道的设计、合成与跨膜传输研究是超分子化学的重要内容。本项目的研究内容为基于阴离子-pi作用和多重非共价弱相互作用协同的策略，设计合成基于氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪骨架的阴离子载体和通道分子，探索阴离子跨膜传输的动态过程。针对上述研究内容，建立了高效的一锅法合成含缺电子三嗪环或其它缺电子芳香环的大环分子，为离子通道分子的构建提供了基础；基于杯[2]芳烃[2]三嗪骨架合成了一系列两亲分子，研究了其自组装行为，揭示了其分子间作用特别是分子间氢键和亲脂疏水作用在组装过程中的作用，阐明了阴离子-pi 作用对组装体的调控及其介导的氯离子传输；设计了氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪衍生物，系统考察了苯环下沿羟基、三嗪环上取代基的类型、脂溶性、表面电势对氯离子传输活性的影响，阐明了离子跨膜传输的机制；进一步合成了同时含氢键、卤键和阴离子-pi作用位点的主体分子，并研究了不同弱相互作用协同介导的离子跨膜传输；通过对氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪的苯环和三嗪环上沿进行衍生，设计了含缺电子芳香pi体系的单通道跨膜分子，利用荧光分析法研究了其介导的跨膜运输，揭示了通道传输的机理。