"DNA-特异性配体"杂合手性催化剂的设计及催化性能研究

The core object in designing and developing new type of asymmetric catalysts, which has been pursued persistently for a long time, is to achieve the high efficiency and high selectivity in the process of green catalysis. By means of combining transition metals with biomacromolecules and taking advantage of their chiral structure, there is a wide range of attention in the research of asymmetric catalysts. In this project, we link polyamide and peptide nucleic acid (PNA), which can specific recognize nucleic acid, to ligands for the purpose of the construction of new hybrid chiral catalysts based on DNA backbone. In order to hence the specific combination of catalytic ligands and nucleic acid, to reduce the extent of uncertainty in hybridation and to establish the same microenvironment of the chiral catalysis, we try to get the DNA-hybrid catalyst with high productivity and high stereoelectivity, assessed via Diels-Alder reaction, Michael addition and so on. In the meanwhile, we trace the specific interaction between ligands and nucleic acid in the process of hybridation and catalyzing, and find out the prerequisites and internal relations of hybrid assembly and breakage between ligands and nucleic acid in detection method of gel electrophoresis, circular dichroism spectrum, HPLC, MALDI-TOF, etc. We systematically assess the structure-activity relationship and the catalytic effect influenced by the hybrid mode and structure, and we discover the mechanism in the process of catalysis. Our work lays the foundation for the coming in-depth study of hybrid asymmetric catalysis based on biomacromolecules.

实现高效高立体选择性的绿色催化过程是设计和发展新型不对称催化剂长期追求的核心目标。将传统过渡金属催化剂与生物大分子相杂合，利用其天然手性结构的优势进行不对称催化成为了近几年的研究热点。本项目利用对核酸具有特异识别能力的聚酰胺和肽核酸共价连接到配体分子中，构建基于DNA骨架的新型杂合催化配体。旨在增强催化配体与核酸杂合过程的特异性，减少杂合多样性，建立相同手性催化微环境，通过对Diels-Alder反应，Michael加成等一系列不对称反应的催化过程评价，获得高转化率高立体选择性的DNA杂合催化剂。同时，通过电泳，圆二色谱，HPLC，Maldi-Tof等检测方法，跟踪杂合及催化过程中配体与核酸的相互作用，明确配体能与核酸发生杂合组装或断裂损伤的必要条件及内在联系。系统评价杂合模式和结构对催化效果的影响和构效关系，揭示催化机制，为进一步深入研究基于生物大分子的杂合不对称催化剂奠定基础。

实现高效高立体选择性的绿色催化过程是设计和发展新型不对称催化剂长期追求的核心目标。将传统过渡金属催化剂与生物大分子相杂合，利用其天然手性结构的优势进行不对称催化成为了近几年的研究热点。本项目将能与DNA小沟的富AT区特异性结合的聚酰胺共价连接到联吡啶配体分子中，构建了基于DNA骨架的新型杂合催化配体polyamide-dmbpy，旨在增强催化配体与核酸杂合过程的特异性，减少杂合多样性，建立相同的手性催化微环境。项目通过Diels-Alder反应，Friedel-Crafts等一系列不对称反应评价杂合催化剂的催化性能，揭示DNA中不同的序列对反应的影响。实验结果表明，polyamide-dmbpy催化反应获得的ee值相比于dmbpy较低且立体选择性有翻转的趋势。我们通过圆二色谱、紫外等检测方法，进一步跟踪杂合及催化过程中配体与核酸的相互作用，明确配体能与核酸发生杂合组装或断裂损伤的必要条件及内在联系。结果表明，polyamide-dmbpy与DNA的结合模式并不一定相同，对于富含GC的序列，polyamide-dmbpy可能是聚酰胺部分插入到DNA分子中，而对于富含AT的序列则更可能是polyamide-dmbpy的联吡啶部分插入到了DNA分子中。之后我们设计合成了以碱基类似物为基础的水凝胶，并以此为分子支架构建杂合催化剂，催化结果表明，该类型的杂合催化剂可以实现不对称催化，甚至在没有dmbpy作为配体分子的情况下，这极大丰富和发展了杂合催化剂支架分子的种类，为后续杂合催化剂的优化设计提供了借鉴。最后我们通过乙醇诱导实现了B-DNA向A-DNA的转化，并比较了两种不同构型的DNA的催化性能。结果表明B-DNA的催化性能要明显好于A-DNA，这可能是A-DNA的沟渠环境趋于一致，小沟更加宽阔，不利于手性的传递。该项目对催化反应微环境进行了一系列探讨，为进一步深入研究基于大分子的杂合不对称催化剂奠定了基础。