综述：手性诱导对折叠体骨架的作用机制

《Chemistry – A European Journal》：Mechanisms of Chiral Induction to Foldamer Backbones

本文综述了通过附加手性控制器组调控折叠聚合物螺旋方向的手性机制，分析短程和长程相互作用的影响，并讨论了在分子识别、催化等领域的应用。

　　在自然界中，生物大分子如蛋白质和核酸能够通过复杂的折叠机制形成三维结构，从而实现其特定的功能。科学家们借鉴这一过程，设计了人工合成的“折amer”（foldamer），即由重复单元组成的合成寡聚物，能够形成稳定的构型。这类折amer因其在纳米尺度上构建复杂结构的能力，被广泛应用于分子识别、催化、电子学、自组装、生物学以及材料科学等领域。尽管大多数折amer由非手性单元构成，但它们通常会折叠成具有手性的螺旋结构。然而，这些非手性单元的折叠往往不偏向于特定的螺旋方向，形成动态的对映体混合物。为了实现螺旋方向的控制，研究人员通过在折amer主链上连接具有手性中心的“控制器”基团，从而诱导特定的手性偏好。

控制器基团通常通过与主链上的重复单元发生非共价相互作用，如氢键、立体电子效应或范德华力等，来影响主链的折叠方向。这些短程相互作用决定了控制器基团中配体的相对取向，进而影响整个折amer的构型。同时，控制器基团还可能通过长程相互作用，与远离其直接连接点的其他部分发生作用，从而进一步放大手性信息。这种结合短程与长程相互作用的策略，为设计具有可控螺旋结构的折amer提供了理论基础。

例如，在芳香族寡肽类折amer中，如Huc的喹啉基折amer（R）-1，其螺旋方向由连接在C端的1-苯乙胺基团控制。在固态结构分析中发现，该基团的氢键网络导致螺旋向右和向外折叠，从而使得左旋（M）螺旋被优先选择。而在另一类芳香族寡肼类折amer中，如Li的（R，R）-5，其螺旋方向由连接在末端的脯氨酸单元控制，通过氢键和立体电子效应，实现了对螺旋方向的有效调控。这些例子表明，通过设计控制器基团的化学结构和其与主链的相互作用，可以显著影响折amer的整体手性。

在某些情况下，控制器基团并非直接连接在主链末端，而是位于侧链上。例如，Jeong研究的吲哚咔唑-吡啶杂化折amer（S）-18，其螺旋方向由侧链上的控制器基团决定。尽管这些基团无法直接参与氢键网络，但通过与主链上远程基团的立体相互作用，依然可以实现对螺旋方向的控制。同样，在我们的研究中，通过在侧链上引入具有特定立体效应的基团，如三氟甲基，能够有效提升折amer的螺旋偏倚度。

另一个重要的例子是含有氨基异丁酸（Aib）单元的折amer。如Clayden的研究中，通过在N端或C端引入手性基团，能够实现对螺旋方向的调控。例如，（S）-12和（S）-13这两个Aib基团组成的折amer，在不同的结构偏好下表现出相反的螺旋方向。通过进一步优化控制器基团的数量和位置，可以显著提高螺旋偏倚度，例如（S，S，S）-19的偏倚度达到了54%。

此外，还有其他类型的折amer，如含有对苯基单元的折amer，其螺旋方向的控制依赖于对主链的修饰。例如，在（S）-21和（S）-22中，通过在侧链上引入特定的基团，如三氟甲基，可以增强螺旋方向的控制效果。这些研究显示，通过合理的分子设计，可以在不改变主链基本结构的情况下，实现对螺旋方向的有效调控。

折amer的手性控制不仅有助于实现特定的分子功能，如分子识别和手性材料的制备，还为构建具有动态特性的分子系统提供了可能性。例如，通过将手性信息与光开关等动态元件耦合，可以实现对折amer构型的远程调控，从而在生物医学和材料科学中发挥重要作用。

总体而言，折amer的手性控制是一个复杂但极具潜力的研究领域。通过深入理解控制器基团的短程和长程相互作用机制，科学家们能够更有效地设计和合成具有特定手性特征的分子结构，进而拓展其在各种应用中的潜力。这一领域的发展不仅依赖于实验研究，还需要结合计算模型，以预测和优化折amer的折叠行为。未来，随着合成方法和计算工具的进步，折amer的手性控制将更加精确和高效，为新型材料和分子器件的开发提供坚实的基础。