设计三元手性DES以提高对映选择性

《ACS Omega》：Designing Ternary Chiral DES to Enhance Enantioselectivity

本研究制备了两种三组分手性深熔盐（DES），通过DSC测定了TOABr:TBABr:(R)-MHPP在摩尔分数0.66时室温下为液态，而TOABr:TBABr:(R)-EM在0.6-0.8范围内液态。CPL光谱显示，三组分DES相较于二组分体系具有更高的手性选择ivity，证实了“溶胶疏水”效应。物理性质分析表明，三组分DES的密度、粘度等参数与二组分体系存在差异，且极性调控更具灵活性。

　　在本研究中，科学家们探索了三元手性深共熔溶剂（DES）的性质及其对手性识别能力的影响。深共熔溶剂是一种由两个或多个组分组成的混合物，其冰点低于各组分的理想混合冰点。这种冰点的降低是由于组分之间的强分子间相互作用，例如氢键作用，其中组分被定义为氢键供体（HBD）和氢键受体（HBA）。由于深共熔溶剂通常通过简单混合各组分即可制备，无需复杂的纯化步骤，这种特性使其成为一种具有原子经济性的绿色溶剂。深共熔溶剂具有可调节的物理化学性质，如低蒸气压、导电性、粘度和疏水性，这些性质由所选用的组分及其摩尔比例决定。因此，通过选择不同的HBA和HBD以及调整它们的比例，可以灵活地调控深共熔溶剂的性质。近年来，已经开发了一些基于机器学习的方法，以加快深共熔溶剂的发现过程。

深共熔溶剂因其可调节的性质，在许多领域都有广泛的应用，包括电池技术、药物递送和废物处理。特别是当其中一个或多个组分具有手性时，这些深共熔溶剂可以作为手性溶剂，应用于不对称合成、手性分离以及手性发光材料的制备。由于深共熔溶剂的结构和动态特性可能表现出异质性，因此引入第三个非极性组分，如TOABr，可能会增加形成极性和非极性区域的可能性。这种结构的多样性可以进一步提高深共熔溶剂的手性识别能力，从而增强其对特定手性分子的偏好性。

本研究聚焦于由两种HBA（TBABr和TOABr）以及一个手性HBD（(R)-MHPP或(R)-EM）组成的三元深共熔溶剂。其中，(R)-MHPP和(R)-EM是结构上不同的手性分子，但它们在混合物中表现出相似的性质。研究中发现，当(R)-MHPP的摩尔分数为0.66时，TOABr:TBABr:(R)-MHPP混合物在室温下为液体，而TOABr:TBABr:(R)-EM混合物则在(R)-EM的摩尔分数为0.6到0.8之间保持液态。这一结果表明，三元混合物相比二元混合物提供了更大的灵活性，从而能够更有效地调控深共熔溶剂的性质。

为了评估这些三元深共熔溶剂的手性选择性，研究使用了圆偏振发光（CPL）光谱法。通过测量Eu(dpa)?3?（其中dpa是2,6-吡啶二甲酸根）在不同深共熔溶剂中的CPL信号，可以判断其是否具有手性选择性。Eu(dpa)?3?本身是一种快速互变的对映体混合物（Λ和Δ），在没有手性扰动的情况下，其CPL信号为零。然而，当它被加入具有手性选择性的深共熔溶剂中时，其对映体的分布会受到扰动，从而产生非零的CPL信号。CPL信号的符号和强度分别反映了手性溶剂的手性偏好和其选择性的程度。实验结果显示，三元深共熔溶剂TOABr:TBABr:(R)-MHPP和TOABr:TBABr:(R)-EM表现出比对应的二元深共熔溶剂（TBABr:(R)-MHPP、TBABr:(R)-EM和TOABr:(R)-EM）更高的手性选择性。这一现象可能与“溶ophobic”效应有关，即非极性HBA（如TOABr）的存在增强了极性手性溶质（如(R)-EM或(R)-MHPP）与极性组分之间的相互作用，从而提高了整体的手性识别能力。

为了进一步了解三元深共熔溶剂的物理性质，研究还测量了其密度、粘度、导电性和极性参数（Kamlet-Taft参数）。这些参数对于理解溶剂的极性和氢键能力至关重要。实验发现，三元深共熔溶剂的密度和导电性与二元混合物相比有所降低，这可能是由于添加了更大的HBA（TOABr）所致。然而，粘度的变化则更为复杂，它受到水含量的影响较大。此外，Kamlet-Taft参数的变化也表明，三元深共熔溶剂的极性可能受到HBA和HBD比例的影响。例如，在三元混合物中，氢键酸性（α）和氢键碱性（β）的参数与二元混合物有所不同，而极化率（π*）则在某些情况下保持不变。

研究还发现，随着(R)-EM或(R)-MHPP在混合物中的摩尔比例增加，其对Eu(dpa)?3?的CPL信号变得更加显著。这一趋势表明，手性HBD的浓度对手性选择性有直接影响。此外，通过将摩尔比例转换为摩尔分数，并绘制CPL信号与摩尔分数之间的关系图，可以更清晰地比较不同深共熔溶剂的手性选择性。结果表明，三元深共熔溶剂在某些摩尔分数下表现出更强的手性选择性，尤其是在(R)-EM或(R)-MHPP的摩尔分数较高时。

这些研究结果不仅揭示了三元深共熔溶剂在调控物理化学性质方面的潜力，还展示了其在提高手性选择性方面的优势。通过引入不同的HBA和HBD，科学家们能够更有效地设计和优化深共熔溶剂，以满足特定应用的需求。例如，在不对称合成和手性分离过程中，三元深共熔溶剂可能提供更高的效率和选择性。此外，研究还强调了“溶ophobic”效应在增强手性识别能力中的作用，这一效应可以通过合理选择组分及其比例来实现。总的来说，这项研究为深共熔溶剂的设计和应用提供了重要的理论基础和实验数据，有助于推动其在绿色化学和手性科学领域的进一步发展。