热点研究

「Spotlight Research」氨基酸到二硫动态手性的传递构建超分子螺旋结构

作者:石油醚

本期热点研究,我们邀请到了本文第一作者和共同通讯作者,来自格罗宁根大学的张琦博士为我们分享。

2023年3月5日,JACS在线发表了来自荷兰格罗宁根大学Ben L. Feringa教授课题组题为「Architecture-Controllable Single-Crystal Helical Self-assembly of Small-Molecule Disulfides with Dynamic Chirality」的研究论文:作者通过研究一系列手性二硫分子的单晶结构,揭示了在超分子尺度下氨基酸的手性中心到二硫动态手性的传递规律,并获得了数个超分子螺旋单晶结构。这也是为数不多的可以通过X射线单晶衍射技术精确表征的超分子螺旋结构,且其手性结构可以通过氨基酸的残基基团实现调控。

“Architecture-Controllable Single-Crystal Helical Self-assembly of Small-Molecule Disulfides with Dynamic Chirality

Qi Zhang*, Ryojun Toyoda, Lukas Pfeifer, and Ben L. Feringa*

J. Am. Chem. Soc.2023.Doi:10.1021/jacs.3c00586

 

Q1. 请对Architecture-Controllable Single-Crystal Helical Self-assembly of Small-Molecule Disulfides with Dynamic Chirality”作一个简单介绍。

该工作通过研究一系列手性二硫分子的单晶结构,揭示了在超分子尺度下氨基酸的手性中心到二硫动态手性的传递规律,并获得了数个超分子螺旋单晶结构。这也是为数不多的可以通过X射线单晶衍射技术精确表征的超分子螺旋结构,且其手性结构可以通过氨基酸的残基基团实现调控。

Q2.在研究的时候遇到过怎样的困难呢?又是怎样克服的呢?

这个工作主要是如何获得分子的单晶结构,因此遇到的第一个挑战是,这些单晶很多非常不稳定,比如容易聚合,或者光或热不稳定等等。这些因素都会影响晶体的质量。比较幸运的是,在我们实验室有一个非常大的冰柜,里面带通风系统且避光,因此成为了理想的晶体培养室,给这个课题的展开带来了很大的便利。但在实际测试的过程中,比如样品的挑选和转移,也都需要额外的小心和注意。但只要足够耐心,并注意到这些细节,这方面的困难都可以克服。

Q3. 本次研究主体,有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢?

真正比较难的是如何找到这些晶体的规律,去总结一套合理的科学思想,这也是我们在做科研时候“求知”的过程。我们一共得到了20个单晶结构,这20个结构其中有4个是在我们的前期工作(J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 4376−4382)中“意外发现”的实验现象(2022年的工作主要是聚焦分子内二硫单元与酰胺键能够形成分子内氢键并传递手性)。但当时我们并不理解为什么这些分子的组装行为如此独特,或者说这类分子组装成超分子螺旋,是一个普适性的规律吗?因此我们进一步拓展了这类分子的结构,合成了一系列类似结构,总结了内在科学规律,这才有了我们在今年报道的这个JACS工作,因此完全是一个好奇心驱动的研究。这个过程也没有非常的辛苦,在一段时间内重复做一件事(合成+单晶生长与解析),每天反而可以从获得单晶、得到结构这些阶段性进展上获得很多乐趣,因此我个人认为这是一个相对比较愉悦的课题。

Q4. 将来想继续研究化学的哪个方向呢?

未来将继续聚焦“二硫动态化学”的基础研究,并开展该体系在可持续发展、智能仿生材料以及生物应用等方面的多学科交叉领域的应用探索。

Q5. 最后,有什么想对各位读者说的吗?

欢迎大家一起投身到基础科学研究中,在科学探索中感受科学的艺术和魅力。我本人也是计划于今年5月任职华东理工大学化学与分子工程学院,建立独立课题组,非常欢迎有志之士(博硕士研究生和博士后)加入我们(邮件联系:qi.zhang@rug.nl)。

作者教育背景简介

教育背景:

2015.9-2020.1 华东理工大学 (导师:田禾院士)

2020.1-至今 荷兰格罗宁根大学 博士后(导师:Ben L. Feringa教授)

学术荣誉:

美国化学会PMSE Future Faculty Scholar(2023)

荷兰格罗宁根大学FSE博士后奖(2022)

欧盟玛丽居里学者(2021)

美国化学会PMSE“全球杰出毕业生”(2021)

IUPAC-Solvay国际青年化学家(2020)

美国化学会CAS未来领袖者 (2018)

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