DNA杂合催化反应机理探索的新策略：配体内嵌与分子内催化

With fast development of chiral asymmetric synthesis technology, chiral macromolecular-based hybrid catalytic system becomes more and more prominent. Based on the latest research of DNA-based hybrid catalytic system, the current project tries to optimize structure and interaction mode of catalytic ligand, chiral scaffold and reaction substrates, to reduce variable factors during the reaction for realizing controllable catalytic process. By real-time monitor components and interaction, the current research is expected to reveal stereoselective mechanism of asymmetric reactions, and establish a new strategy for exploring asymmetric reaction mechanism. Revealing molecular mechanism of asymmetric reaction that establishes the theoretical basis for obtaining high stereoselective products, and has great influence on building chiral compounds. The implementation of the project also provides a thorough research strategy for optimizing structure and exploring mechanism.

随着手性不对称合成技术的快速发展, 以手性生物大分子为支架结合小分子催化配体，构建杂合型催化体系，成为不对称催化的研究热点。本项目立足DNA杂合型催化体系的最新研究进展，提出对反应过程中催化配体、手性支架和反应底物等组分结构及结合模式的优化整合策略，缩减反应阶段的可变因素，实现催化过程的可控性。通过对反应组分结构及相互作用的实时监控，揭示不对称反应的立体选择性引入机制，探索不对称反应机理的新方法, 从分子水平揭示不对称反应的催化机理，为获得高立体选择性产物奠定理论基础，对手性化合物的构建具有重要的现实意义，同时为基于手性生物大分子的不对称催化机理探索提供完整的研究策略。

不对称催化是有机化学中的重要研究内容，丰富和发展手性催化剂的研究具有十分重要的现实意义。利用生物大分子的手性结构构建杂合手性催化体系已被证明是现实可行的，不仅可以实现高效的不对称催化活性，同时催化条件温和，反应大多可在水相中进行，更加绿色环保和经济。丰富和发展新型的杂合手性催化体系不仅可以进一步拓展杂合催化剂的研究内容，更具有十分广阔的实际应用前景。项目首先利用结构近似的IDB和IDB (O-acetyl)配体杂合DNA分子，作为手性催化剂，通过模型反应Diels-Alder和Friedel-Crafts烷基化进行不对称催化的性能评价。尝试利用一系列光谱学方法获得催化体系与反应底物之间的结构特征和作用模式，从而推测可能的手性反应中心，揭示不对称反应的催化机制。随后，使用dsDNA，dsPNA和杂合DNA / PNA寡核苷酸作为手性支架进行不对称Friedel-Crafts烷基化反应的立体选择性评价，证实双链沟槽的宽度和深度才是实现高立体选择性的关键，表明了配体-Cu2+与催化微环境协同活化的重要性。最后，以G4-DNA的结构为基础，设计并构建了一类具有稳定结构的超分子G-quadruplex水凝胶GB-Pro，通过P-XRD、CD、TEM和NMR等分析手段详细表征了组装体的结构，并成功催化不对称aldol反应，实现了理想的立体选择性和广泛的底物适用性，是对DNA杂合催化剂研究的重要延伸和拓展。当前项目系统性地研究杂合催化体系的设计及反应性能，从传统DNA支架，到杂合PNA支架，再开创性地构建碱基类似物超分子支架，在深入探索杂合体系手性催化机制的同时，也为基于超分子体系的不对称催化研究提供了新颖的设计策略和可行的研究方法，对未来发展高效、绿色的不对称催化体系提供重要的理论依据和实践经验。