3D超分子纳米通道系统设计构筑及其手性分离功能研究

The development of novel chiral separation approach is a challenge task in the chiral drugs research. we developed a new separation strategy to fabricate chiral calixarene assembled nanochannels based on our well-studied calixarene chemistry. During this work, the key problem is how to design highly enantiselectivity calixarene. To address the problem, and according to the structure of chiral drugs like naproxen and ibuprofen, we make a new strategy to design L-amino acid-calix[4]arenes to form multi-site binding. Secondly, chiral calixarenes were employed to modify nanochannels. Finally, chiral separation performance and mechanism of chiral calixarene assembled nanochannels will be deeply investigated, which may pave a new way to develop chiral separation method with high efficiency and stability.

发展高效的手性分离新方法是手性药物研究中迫切需要解决的挑战任务，具有重要的理论意义和现实需求。本申请是在申请者一直坚持从事杯芳烃化学研究的基础上, 提出设计构筑手性杯芳烃组装纳米通道的思路来发展手性分离新方法。这其中关键科学问题是如何设计合成高手性选择性的杯芳烃。我们的解决策略是：依据α-芳香取代丙酸类药物的结构特点，通过对弱相互作用的互补匹配调控，实现多点键合的策略来设计合成L-氨基酸杯[4]芳烃; 并研究其在纳米通道表面的组装及杂化纳米通道的手性分离功能。阐明手性分离的构效关系，认识其手性分离的作用机理和方式，发展基于杯芳烃杂化纳米通道新型手性分离方法。

手性药物研发是当今新药研发的热点领域，而发展高效的手性药物分离方法是一项极具挑战性的任务, 具有重要的理论和实际意义。目前手性药物分离的方法中，基于纳米通道的膜分离技术具有操作简单、可连续生产、易放大等优点受到广泛关注，其中PET纳米通道基材具有微型化、高通量的优势，是发展手性仿生纳米通道的优先选择。另外，受生命体启发主客体系，考虑到主客体系具有较好的识别特异性，在前期工作中我们小组率先在纳米通道表面引入主客体系，成功构筑通道并实现了手性检测，为设计可循环使用的手性纳米通道分离体系提供了新思路。在此策略基础上，我们延续这一主要思想，继续开发了一系列3D超分子（功能化大环芳烃）纳米通道，研究内容集中于以下三个关键科学问题：一、如何设计合成高手性选择性的主体分子？二、如何在通道表面有效组装主体分子？三、如何实现仿生纳米通道内手性识别、传输及分离？每个问题的具体解决思路如下：一、大环芳烃作为新一代超分子主体，具有高度对称的刚性结构、易于修饰以及独特的主客体化学性质等优越性能，在分子传输分离上有着重要应用价值。我们设计合成了一系列手性大环芳烃，利用其结构特点和衍生功能化实现高手性选择。二、除了简单有效的共价修饰以外，我们基于主客体化学原理，提出了更加智能化的自组装修饰方法，不仅提高了对手性分子的选择性，还增加了一系列光敏、温敏、可逆等性能。三、实践了手性分子的拆分，探究了不同体系最合适的分离条件，阐明手性分离的构效关系，认识其手性分离的作用机理和方式，达到了商业化分离手性药物的基本要求，发展了基于3D超分子纳米通道新型手性分离方法。研究成果主要以论文和专利形式提供，在SCI源刊上发表了3篇Angew. Chem. Int. Ed. 、2篇Nat. Commun.、2篇Anal. Chem.等共20篇高质量论文，获得了一项国内专利及省部级高校科研优秀成果奖，参加了包括国际杯芳烃会议、全国大环超分子化学研讨会等学术交流活动，培养了4名博士研究生、8名硕士研究生。