单一化学传感器对胺进行准确的手性识别

chem化学科普2020-05-123.4W+

化学传感器和识别模式算法的融合，指通过从化学传感器的光谱变化得到类似指纹式响应，为复杂环境下的目标识别提供有价值的信息，已极大地促进了多种分析物的快速准确识别。手性化合物由于在设计和合成手性宿主时需考虑到其互补性而成为具有挑战性的目标分析物。目前为止，研究者们已经合成了许多具有轴向手性的联萘衍生物并将其应用于手性识别中。然而，研究用于多种分析物的定性鉴别和对映体过量（ee）检测的手性化学传感器仍具有一定的困难。

近日，日本东京大学的Tsuyoshi Minami教授和东京都市大学的Yuji Kubo教授合作设计合成了一种简单的联萘衍生物(R)-1用于手性胺的鉴别（Fig. 1）。相关成果以“Accurate chiral pattern recognition for amines from just a single chemosensor”为题发表在Chemical Science上（DOI: 10.1039/d0sc00194e）。

单一化学传感器对胺进行准确的手性识别第1张

首先，作者根据文献报道的方法合成对映异构体3-甲酰基-2,2’-二羟基-1,1’-萘(R)-2。前体(R)-2与2-(氯甲基)吡啶盐酸盐混合，通过威廉姆森制醚法以46%的产率获得(R)-1（Fig. 2）。产物(R)-1通过¹H NMR、¹³C NMR、质谱和元素分析得到鉴定。此外，(R)-1的单晶X射线衍射结果表明吡啶基团是区域选择性连接的（Fig. 2）。

单一化学传感器对胺进行准确的手性识别第2张

随后，作者尝试在Zn(OAc)₂的条件下，制备在(R)-1和环己烷二胺(1R,2R)-CHDA之间形成亚胺的自组装手性络合物。(R)-1和产物的¹H NMR如Fig. 3所示，醛的质子峰位于10.33 ppm，而在产物中该峰消失，出现一个位于8.16 ppm的亚胺峰。在几乎所有峰的化学位移变化中，亚甲基质子的AB型信号被分裂为5.42 ppm（J=15.9 Hz）和4.45 ppm（J=15.8 Hz），这可能是因为产物的高刚性和不对称的结构造成的（Fig. 3B）。

单一化学传感器对胺进行准确的手性识别第3张

为了进一步研究亚胺的形成，作者进行了紫外可见光谱、圆二色谱（CD）和荧光光谱的分析。荧光光谱表明Zn(Ⅱ)配位的(R)-1对CHDA的一对对映异构体的对映选择性与手性选择性（Int_(1R,2R)-CHDA/ Int_(1S,2S)-CHDA）的比约为2500（Fig. 4A）。荧光的强度和颜色显示了(1R,2R)-和(1S,2S)-CHDA形成亚胺的互补性差异。此外，CHDA的浓度决定着(R)-1荧光的OFF-ON或ON-OFF（Fig. 4B）。

单一化学传感器对胺进行准确的手性识别第4张

起初，(R)-1和Zn(OAc)₂配合物没有荧光，在低浓度范围（0 μM≤[(1R,2R)-CHDA]≤1.7 μM）的亚胺形成过程中也没有荧光变化（Fig. 5A）。随着(1R,2R)-CHDA浓度的增加（[(1R,2R)-CHDA]≤20 μM），荧光强度逐渐增强且出现蓝移（Fig. 5B），这可能是因为配合物的刚性增加以及席夫碱形成过程中ICT特性的变化。随着(1R,2R)-CHDA的过量，荧光又明显减弱且红移（Fig. 5C），这可能是因为过量的(1R,2R)-CHDA将Zn²⁺从亚胺络合物中拉出，降低亚胺结构的刚性。

另一方面，在低浓度下，随着(1S,2S)-CHDA的加入，(R)-1和Zn(OAc)₂配合物的荧光略微蓝移（Fig. 5D）。而当(1S,2S)-CHDA在0.5到1.0当量时，荧光逐渐增强且发生明显的蓝移（Fig. 5E）。此外，过量的(1S,2S)-CHDA使荧光减弱且红移（Fig. 5F），这与(1R,2R)-CHDA的变化趋势相一致。

单一化学传感器对胺进行准确的手性识别第5张

随后，作者对用单胺ADPE形成的亚胺的光谱性质进行测定。随着亚胺的形成，荧光逐渐增强，在加入1当量的(1S,2R)-ADPE时达到饱和（Fig. 6A），并没有发生类似CHDA的从络合物中去除Zn²⁺的情况。这很可能是因为胆碱和二胺的路易斯酸度不同。此外，(1R,2S)-ADPE形成的络合物表现出比(1S,2R)-ADPE更弱的OFF-ON荧光响应，这可能是因为其与(R)-1互补性的差异（Fig. 6B）。