基于天然产物缀合物的超分子自组装特性及手性放大研究

Supramolecular chirality, one of the most fascinating phenomena in nature and life, can be generated from the orderly molecular arrangements under non-covalent interactions. It has played an important role in life science, pharmaceutical chemistry and materials science. However, it is still a great challenge to understand the origin of chirality and the formation of supramolecular chiral structures in nature. In this proposal, we will synthesize a series of functional molecules based on natural products, such as triterpenes, steroids, amino acids and saccharides, which own the unique chiral structures, multiple reactions sites, good biocompatibility and bioactivity. By exploring their self-assembly behaviors and chiral amplification in different solvents, the stable chiral structures will be fabricated. The effect of molecular structures and external factors on the chiral structures will be revealed, as well as the molecular packing modes and mechanisms. Besides, the relationship between the handedness, concentration, temperature, and stirring direction should be clarified to regulate the supramolecular chirality. In addition, chiral inorganic materials can be prepared by using these organic chiral structures as templates, and applied in asymmetric catalysis and chiral recognition. Such study of the chiral assembly on natural products will help us better understand the chiral phenomena in nature and the biochemical processes in life.

超分子手性普遍存在于自然界和生命体内，可通过分子在非共价键作用下有序排列而形成，对生命科学、药物化学及材料科学的发展起着重要的作用。但目前人们对于自然界中手性的起源以及超分子手性结构的形成过程仍不清楚。本项目以具有独特手性结构、多修饰位点、良好生物相容性和生物活性的天然三萜、甾体、氨基酸及糖等化合物为基本结构单元，通过简单的化学反应，设计合成多种结构新颖的生物缀合物，高产率构建各种基于天然产物的功能分子；研究其在溶剂中的组装性能和手性放大行为，获得稳定可重复的超分子手性结构；揭示分子结构和外界环境对手性结构的影响，探索手性结构形成的动态过程和组装机理，阐明浓度、温度、搅拌等与手性选择性的关系，实现对组装体手性的调控；以有机手性组装体为模板，构建手性无机材料，并探究其在不对称催化和手性识别方面的潜在应用。研究天然产物的手性组装有助于更好地理解自然界中的手性现象和生命体内的生化过程。

以具有独特手性结构、多修饰位点、良好生物相容性和生物活性的天然三萜、甾体、氨基酸及糖等化合物为基本结构单元，通过简单的化学反应，设计合成多种结构新颖的生物缀合物，研究它们的手性组装行为。结合SEM、TEM、AFM、CD、UV、IR、XRD 等物理表征手段来研究手性组装体形成机理；揭示分子结构和外界环境对手性超分子结构影响，探索手性超分子结构形成的动态过程、组装模型和机理，研究其在不同溶剂中的自组装性能及规律，实现对组装体手性的调控及其规律，从而获得稳定可重复的超分子手性结构；以有机手性组装体为模板，构建手性无机材料，将其应用于不对称催化和手性识别等方面，并探究其在不对称催化、手性拆分、细胞培养、手性无机材料制备等多个领域的应用。与此同时，在前期研究工作的基础上，继续对基于天然三萜骨架的聚合物自组装的双网络凝胶，构建高效的连续流催化反应器。合成了天然白桦脂醇衍生的bola型双亲性分子Py-BL，发现它能够在氢键和疏水相互作用的驱动下组装形成左旋螺旋结构的超分子凝胶，在金属离子诱导下具有收缩性，为在超低浓度下制备可模塑自支撑超分子凝胶开辟了一条新途径。构建三萜磷酸盐类水溶性凝胶，用于相关生物材料的制备，采用萘-氨基酸构建具有两亲性分子，通过超分子自组装构建多重刺激-响应性凝胶。以及将聚乙烯醇和醋酸铜引入聚丙烯酰胺网络中，开发了一种易制备、独特的变色形状记忆水凝胶等。对相关潜在应用方面的也进行了初探，取得非常意义的结果。