非手性基于TPE的四陽(yáng)離子環(huán)蕃（1-2）的一鍋法合成策略和自適應(yīng)手性特征

與生物分子在水中聚集和/或結(jié)合時(shí)，多數(shù)常規(guī)熒光探針表現(xiàn)出ACQ效應(yīng)。為此，化學(xué)家探究出了AIE活性探針——其在溶液中不發(fā)射，由于分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)（RIR）受限，在聚集時(shí)有強(qiáng)熒光。另一方面，許多手性生物分子CD信號(hào)極弱或難以檢測(cè)，且由于缺乏共軛基團(tuán)而沒(méi)有熒光發(fā)射。四苯乙烯（TPE）具有AIE性質(zhì)，增強(qiáng)了熒光響應(yīng)能力，且由于動(dòng)態(tài)順式（P）和反式（M）旋轉(zhuǎn)構(gòu)象具有手性響應(yīng)能力。

基于以上研究背景，我們報(bào)道了非手性基于TPE的四陽(yáng)離子環(huán)蕃（1-2）的一鍋法合成策略和自適應(yīng)手性特征。X射線單晶結(jié)構(gòu)表明，其具有較大的陽(yáng)離子疏水空腔和兩個(gè)TPE單元。基于空腔和響應(yīng)單元，作為大環(huán)主體的水溶性1·4Cl-通過(guò)疏水效應(yīng)和空腔內(nèi)的靜電相互作用，對(duì)客體ATP具有選擇性識(shí)別和熒光增強(qiáng)。另一方面，1·4Cl-作為DNA探針可以通過(guò)靜電相互作用和疏水效應(yīng)DNA的主要溝槽，產(chǎn)生熒光增強(qiáng)和誘導(dǎo)負(fù)CD信號(hào)的雙重響應(yīng)，檢測(cè)限較低。

由1·4PF6-的單晶結(jié)構(gòu)可知，單個(gè)環(huán)蕃幾乎呈中心對(duì)稱，有一個(gè)14.6?×17.9?的大空腔。兩個(gè)TPE單元同時(shí)采用P和M旋轉(zhuǎn)構(gòu)象，使得環(huán)蕃1為內(nèi)消旋結(jié)構(gòu)（圖1a）。此外，環(huán)蕃1的空腔促進(jìn)了兩個(gè)環(huán)蕃分子的兩個(gè)TPE單元之間的二聚（CH-π和π-π相互作用）（圖1b,c），從而進(jìn)一步形成線性聚輪烷和互鎖網(wǎng)絡(luò)（圖1d,e）。

環(huán)蕃1和2在各種溶劑中具有**的AIE發(fā)射。考慮到環(huán)蕃的陽(yáng)離子特性和大的疏水空腔，我們選擇了一系列帶負(fù)電荷的核苷酸作為客體。結(jié)果表明，1·4Cl-對(duì)核苷酸表現(xiàn)出不同的熒光響應(yīng)。水溶液中ATP對(duì)1·4Cl-的熒光滴定顯示，在555 nm處，1的發(fā)射強(qiáng)度急劇增加（圖2a,b）；其他核苷酸（除ATP和AMP）導(dǎo)致熒光強(qiáng)度中等程度增強(qiáng)（圖2b）；而AMP僅觀察到微弱的熒光響應(yīng)，這表明主客體識(shí)別的主要驅(qū)動(dòng)力是主體（吡啶單元）和客體（磷酸基團(tuán)）之間的靜電相互作用。基于TPE單元的AIE性質(zhì)，熒光增強(qiáng)可歸因于通過(guò)**從TPE單元到1·4Cl-吡啶單元的分子間光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移（PET）過(guò)程以及聚集過(guò)程中1·4Cl-的TPE單元的RIR。

對(duì)于磷酸基團(tuán)數(shù)量相同、堿基不同的核苷酸（如ATP、UTP、CTP和GTP），1·4Cl-滴定過(guò)程中飽和熒光強(qiáng)度也不同，這表明堿基也可能通過(guò)疏水作用影響與1·4Cl-的結(jié)合能力。Job圖表明形成了1:2的主客體復(fù)合物（如1?ATP2）。與1·4Cl-相比，2·4Cl-識(shí)別核苷酸的熒光響應(yīng)較弱，且無(wú)**的選擇性（圖2b）。因此，基于環(huán)蕃與核苷酸的熒光響應(yīng)，1·4Cl-可作為DNA分子的理想探針（圖2c,d）。

基于TPE單元的P/M旋轉(zhuǎn)構(gòu)象，環(huán)蕃1可在主客體復(fù)合物中通過(guò)手性客體到非手性主體的手性轉(zhuǎn)移和誘導(dǎo)，在長(zhǎng)波區(qū)（300–500nm）表現(xiàn)出自適應(yīng)手性，誘導(dǎo)CD響應(yīng)。結(jié)果顯示，1·4Cl-在水溶液中無(wú)任何明顯的Cotton效應(yīng)，表明兩個(gè)TPE單元采用了內(nèi)消旋（PM）旋轉(zhuǎn)構(gòu)象。由于1和核苷酸衍生物在空腔內(nèi)結(jié)合，客體的手性結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離外部TPE單元，故手性從手性核苷酸轉(zhuǎn)移到1·4Cl-或2·4Cl-是無(wú)效的；而當(dāng)DNA滴定到1·4Cl-的水溶液中時(shí)，在320–470 nm處產(chǎn)生了新的CD信號(hào)（對(duì)應(yīng)于1·4Cl-的π-π躍遷），有力的證實(shí)了DNA的手性轉(zhuǎn)移到了非手性主體上，在主客體絡(luò)合過(guò)程中通過(guò)**的空間手性轉(zhuǎn)移形成具有動(dòng)態(tài)手性的手性主客體復(fù)合物（圖3）。

smDNA和ctDNA滴定環(huán)蕃1的CD光譜顯示（圖3a,b）：（1）檢測(cè)到新的負(fù)CD信號(hào)，中心位于380nm，屬于1·4Cl-中TPE單元的吸收區(qū)。這表明1·4Cl-的自適應(yīng)手性被打開(kāi)，表明1·4Cl-和smDNA/ctDNA之間的絡(luò)合更傾向于產(chǎn)生TPE單元的優(yōu)先旋轉(zhuǎn)構(gòu)象，**實(shí)現(xiàn)從DNA到1·4Cl-的手性轉(zhuǎn)移和誘導(dǎo)。（2）在200–270 nm和270–320 nm區(qū)域有兩個(gè)更強(qiáng)的正和負(fù)CD信號(hào)，不同于相同濃度的游離DNA。這些CD特征表明1·4Cl-的TPE單元可能與DNA的主要或次要凹槽結(jié)合，轉(zhuǎn)化為P構(gòu)象，從而產(chǎn)生CD信號(hào)。此外，與1·4Cl-相比，由于蒽環(huán)的空間位阻，2·4Cl-的TPE單元不能插入DNA的主要或次要凹槽，相互作用較弱，構(gòu)象控制較差，故誘導(dǎo)CD信號(hào)較弱（圖3c,d）。

理論計(jì)算表明，環(huán)蕃的TPE單元與DNA分子可在主要凹槽結(jié)合，其中受限空間限制了TPE單元自由旋轉(zhuǎn)以增強(qiáng)熒光（圖4a）。SEM圖像顯示，DNA和DNA?1均形成左手螺旋纖維（圖4b），表明M-螺旋纖維的手性環(huán)境通過(guò)手性轉(zhuǎn)移誘導(dǎo)TPE的P構(gòu)象，在長(zhǎng)波區(qū)呈現(xiàn)負(fù)CD信號(hào)。此外，DNA纖維未顯示任何熒光，而DNA?1纖維在405 nm下有強(qiáng)烈的熒光（圖4c），這表明DNA通過(guò)與環(huán)蕃絡(luò)合，可通過(guò)熒光響應(yīng)來(lái)檢測(cè)DNA。

綜上所述，我們?cè)O(shè)計(jì)并合成了兩個(gè)基于四苯乙烯的四陽(yáng)離子環(huán)蕃1·4Cl-和2·4Cl-，兩者均具有用于分子識(shí)別的較大的陽(yáng)離子疏水空腔，以及兩個(gè)用于熒光和手性響應(yīng)的內(nèi)消旋TPE單元。主客體化學(xué)表明，環(huán)蕃可包裹兩個(gè)核苷酸分子形成1:2的主客體復(fù)合物，并通過(guò)疏水效應(yīng)和靜電相互作用增強(qiáng)熒光響應(yīng)。此外，當(dāng)1·4Cl-與DNA凹槽結(jié)合時(shí)，其自適應(yīng)手性被打開(kāi)，從而在水中產(chǎn)生熒光增強(qiáng)和誘導(dǎo)負(fù)CD信號(hào)的雙重響應(yīng)。因此，這些水溶性陽(yáng)離子環(huán)蕃作為大環(huán)主體或探針可以識(shí)別具有多重正交響應(yīng)的生物分子（如核苷酸和DNA），以提高生物相容性介質(zhì)中生物分子檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

溫馨提示：以上內(nèi)容來(lái)源于齊岳小編，西安齊岳生物科技有限公司供應(yīng)的產(chǎn)品僅用于科研，不能用于人體和其他商業(yè)用途