【材料】利用生物分子诱导策略设计合成手性共价有机框架材料用于高效手性分离- 大数跨境

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2018-11-28

导读：南开大学陈瑶研究员、南开大学化学学院的张振杰研究员与南佛罗里达大学的马胜前教授课题组合作，首次利用共价法将一系列生物分子固定到共价有机框架材料中，获得的Biomolecule⊂COF 1传承了生物分子

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手性是自然界的基本性质，从天文学到自然科学，从化学到生物学均存在手性，但不同旋光活性的对映体表现出的性质通常存在显著的差异。因此，获取单一构型的对映体是当前的研究重点。目前，液相色谱技术是获取单一构型对映体的重要手段，而高性能的手性固定相是这一技术的关键。具有强手性环境及合适的键合能力是用于手性拆分手性固定相的基本要求。生物分子（如酶、肽段、氨基酸等）由于本身固有的手性结构及其两亲性、两性离子性等特点，可用于多种手性分子的识别。但生物分子固有的缺点是稳定性差，使生物分子必须固定到固体基质上才能实现具有手性拆分作用的手性固定相。传统的固体基质主要以硅为主，但其pH稳定性及强机械稳定性差。作为新兴的多孔框架材料，共价有机框架材料（COFs）具有密度低、高比表面积、孔道可调节、稳定性好、易于后修饰等优点。然而，由于手性COFs的构建困难，COFs在手性拆分方面的应用仍处于起步阶段。因此，人们可将生物分子固定到COFs材料中，使非手性COFs具有手性，进而应用于手性分子的拆分。

近日，南开大学药物化学生物学国家重点实验室的陈瑶研究员、南开大学化学学院的张振杰研究员与南佛罗里达大学的马胜前教授课题组合作，首次利用共价法将一系列生物分子（溶菌酶、三肽、氨基酸）固定到共价有机框架材料（COFs，COF 1）中，获得的Biomolecule⊂COF 1传承了生物分子固有的手性及活性，可作为一种新型的高效液相色谱手性固定相用于手性分子的拆分（图1）。通过这一新策略，得到的Biomolecule⊂COF 1手性固定相性能明显优于吸附法固定生物分子得到的Biomolecule@COF 1手性固定相性能。COFs作为新型、卓越的固体基质，可有效保护和分散生物分子，明显提升了生物分子的热、机械及溶剂稳定性；而生物分子的引入使非手性的COFs材料具有手性，并且可实现对多种手性分子的分离（如氨基酸、药物等）。

图1. 生物分子⊂COF 1作为手性固定相用于手性拆分

此外，为了研究生物分子的结构复杂性对其手性拆分性能的影响，他们分别研究了Lysozyme⊂COF 1、Peptide⊂COF 1、Lysine⊂COF 1作为手性固定相的拆分性能。表面增强拉曼散射光谱测试结果显示，生物分子的结构复杂性、手性中心的数量及其双亲性都可以影响生物分子的拆分性能。其中，Lysozyme⊂COF 1手性固定相具有最优的手性分离效果，可用于正相和反相等多种分离模式，可分离氨基酸、药物等多种手性底物（图2），并且具有优良的重复利用性和再现性。这一研究为发展高效、耐用型的手性固定相及拓宽共价有机框架材料在手性分离、手性催化方面的应用提供了巨大的潜力。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。该研究工作得到自然科学基金、南开大学以及药物化学生物学国家重点实验室的资助。

图2. 溶菌酶⊂COF 1手性柱的分离效果

陈瑶研究员于2014年在美国南佛罗里达大学获得化学博士学位，2014-1016年在加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究工作，自2016年7月作为南开大学引进人才回国工作以来，主要研究方向为多孔框架材料在手性分离、手性催化、仿生催化、药物/抗体储运、日化品/敷剂等方面的应用。

图3. 陈瑶研究员课题组

该论文作者为：Sainan Zhang, Yunlong Zheng, Hongde An, Briana Aguila, Prof. Cheng‐Xiong Yang, Yueyue Dong, Prof. Wei Xie, Prof. Peng Cheng, Prof. Zhenjie Zhang, Prof. Yao Chen, Prof. Shengqian Ma

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