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深穴杯芳烃调控的碳(sp3)-氢键自由基官能化及其在生物共轭中的应用

批准号:
22101169
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王睿
依托单位:
学科分类:
超分子化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王睿

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
近些年,超分子主体越来越多地被应用于有机反应中,这主要是因为其可以充当分子尺寸的反应器,从而大大提高反应的速率、调控反应的选择性以及开发新的反应历程等。然而这其中,超分子主体调控的自由基反应此前主要依赖于紫外光的激发而受到反应类型单一、适用范围狭窄等限制。因此,开发更为多样的超分子主体调控的自由基反应并实现催化,具有重要的研究价值与意义。本项目以水溶性深穴杯芳烃为基础,通过对其侧壁及边缘进行定向修饰与官能化,使得超分子主体具备分子反应器和自由基引发剂的双重功能,并结合分子间的氢原子转移过程对反应进行自由基引发与催化,从而在水中实现绿色的碳(sp3)-氢键自由基官能化,很好地解决以上的科学问题。另一方面,创新性地将该方法学应用于生物共轭研究中,实现对多种生物活性物质的端基修饰,这其中就包括鲜有研究的多肽/蛋白质中甲硫氨酸残基的端基修饰及其与色氨酸残基之间的架构性偶联。
英文摘要
Supramolecular hosts have been increasingly used in organic reactions in recent years, because they can act as molecular-sized reaction chamber, thereby greatly improving reaction rate, controlling reaction selectivity, and developing new reaction processes different from that of the bulk solutions, etc. However, among them, supramolecular hosts mediated radical reactions mostly depend on UV-activation and suffered from the limitations of reaction type and application scope. Therefore, it is of great research value and significance to achieve diverse radical reactions that mediated by supramolecular hosts and realize catalysis. This project is based on water-soluble deep cavitands, through directed modification and functionalization of their walls and edges, the supramolecular hosts function as molecular chambers and also serve as renewable and recyclable radical initiators. The cavitands catalyze the radical reaction through intermolecular hydrogen atom transfer (HAT) process, so as to realize selective radical functionalization of C(sp3)-H bond in water. On the other hand, this methodology could be innovatively applied to the bioconjugation of a variety of biologically active substances, including the rarely studied terminal modification of methionine residues in polypeptides/proteins and their constructive coupling with tryptophan residues.
水溶性深穴杯芳烃是一类具有重要作用和应用前景的超分子主体化合物,其多样的结构可修饰性使得可以通过引入多样的功能性基团来合成具有特定的功能的深穴杯芳烃,而良好的水溶性则赋予了其在水相中进行主客体识别、自组装以及催化等特性,更好地模拟了天然酶的特性。因此开发新型功能性的水溶深穴杯芳烃具有重要意义。本项目基于雷索酚杯[4]芳烃骨架,设计并合成了多样的新型功能性水溶深穴杯芳烃,并对其进行了表征。一方面,合成了具有潜在自由基引发功能的不对称深穴杯芳烃,使其其中一面墙壁具有氮-氢官能团,在自由基引发试剂的作用下,形成氮自由基,并对客体分子进行自由基官能化。对该类主体分子的识别性能的研究发现其对环状分子具有较好的识别。我们也对其在NIS的作用下的自由基过程进行了一定的研究,为为后续进一步探究功能性主体调控与引发的自由基反应研究提供了前期的研究基础。另一方面,我们合成了基于三氮唑的功能化分子杯,并对其主客体识别性能进行了研究,发现其可以在水分子介导下,与多种客体分子形成多样的主客体络合物,尤其是可以形成主客体2:1的自组装胶囊。该部分工作报道了一种全新的氢键作用模式,扩展了水的溶剂化作用,为溶剂辅助的功能化自助装体的建立提供了新的思路。
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