田亚萍 陈龙 杨木易 甘文静 刘灿 刘海燕 吴晓 营口理工学院

酶是一类有催化活性的蛋白质，它具有催化效率高、专一性强、反应条件温和等特点，但是酶容易受到多种物理、化学因素的影响而失活。人们试图承接酶的某些优点，改变它容易变性、失活等缺点，并期待可用有机合成方法简单、易得地制备酶，从而开始进行酶功能的模拟研究。[1]1987年诺奖授予美国化学家Charles J. Pedersen、Donald James Cram 教授和法国化学家Jean-Marie Lehn 教授几人，表彰他们先后发现一类具有特殊结构和性质的环状化合物，为达成人类一直长期寻找的合成与天然蛋白质功能雷同的有机物这一目标方面取得了“扩充性的成就”，他们提出的主-客体化学（host-guest chemistry）和超分子化学（supramolecular chemistry）奠定了模拟酶的重要理论基础。

在超分子化学的研究中，大环和多面体结构一直是化学工作者研究的热点，是一类人工合成的目的在于模拟和研习酶催化过程和某些生物分子判别的不可或缺的模型。设计合成具有特定尺度和结构信息的大环化合物（环状、穴状和笼状化合物），在其空穴或空腔内抉择性地结合客体分子、客体离子，进行主、客体的化学研究，突出是对生物活性小分子、生物活性离子进行的鉴别研究，是超分子、生物化学领域中的基本课题。由金属与结构匹配的多齿配体组装的多面体金属大环体系不仅具有传统大环体系良好的主客体化学性能，而且可以方便的引入特定物理化学功能，实现对给定客体的识别和传感。同时，配位健特殊的方向性和配位组装的可逆性使这类超分子体系的大小、几何形状成为可能，从而在主-客体化学（模拟酶与底物的相互作用）、模拟酶催化过程等方面展现出较佳的前景。

天然酶的催化具有高度的立体专一性、区域选择性和化学选择性。要使金属-有机限域体系成为精良的人工模拟酶，不单需要引入官能团显现其化学选择性，还需使它展现出手性以达成较高的立体选择性。因此，学者们突破传统思路，运用分子鉴别、组装及模拟酶的催化的原理，概括起来考虑催化过程当中的繁多中心活化、多手性因素控制以及微环境效应，来策画新型手性催化剂。目前，构筑具有单一手性的金属-有机限域体系，最为有效的方法是选择手性配体作为构筑单元。

一、手性联二苯衍生物

Yong Cui 课题组设计合成了基于联二苯衍生物的手性配体，分别与Fe（Ⅲ）、Gd（Ⅲ）进行自组装得到单一手性的、中性金属-有机M4L6 型四面体笼状化合物3 和4。并通过电喷雾质谱、IR、1H NMR、CD 和紫外波谱验证了化合物的形成。经X-射线单晶衍射分析，化合物3 和4 以手性三方晶系P3空间群结晶。其中，金属离子占据四面体的四个顶点，配体占据四面体的六条棱，内部空穴体积大约为1800 Å3，利于包裹客体分子。室温下，单一手性的笼状主体与外消旋2-丁醇在氯仿中通过共结晶形成主-客体络合物，手性GC 色谱法分析对映体过量ee值高达98.8%。微量分析和热重分析进一步验证每个主体包合3 个客体分子。[2]

二、手性环己二胺衍生物

Fujita 课题组在组装M4L6 型八面体笼状化合物1 时，用手性环己二胺衍生物来保护Pd（Ⅱ）离子，形成手性八面体笼状化合物1b-1d。手性环己二胺衍生物的取代基越大，对应的笼状化合物中配体三嗪单元与吡啶单元之间的倾斜角度越大，笼状化合物的CD 信号越强。作者研究了荧蒽衍生物与N-环己基马来酰亚胺的光加成反应。荧蒽是惰性芳香化合物，其热或光化学周环反应目前为止还没有报道。在D2O 中，荧蒽衍生物与N-环己基马来酰亚胺被包裹进化合物1 中，形成三元包合物。用高压汞灯进行光照，经核磁和质谱分析，形成[2+2]加成反应。经HPLC 分析证实，手性笼状化合物对底物具有对映选择性。[3]

三、联萘酚配体

Wenbin Lin 课题组采用光学纯的联萘酚配体与cis-[Pt(PEt3)2Cl2]自组装，形成[2+2]型手性金属环蕃化合物。在Ti(OiPr)4作为共催化剂存在情况下，不对称催化二乙基锌与芳香醛之间的加成成醇反应。1-萘醛作为底物时，ee 值高达94%；选择分子大小较小的芳香醛作为底物时，对映选择性降低。[4]

四、总结

观察前人的研究工作，我们可以发现金属-有机多面体的构筑主要局限于两种方式，一种是边导向；一种是面导向。在进行主-客体化学及催化研究时，主要依赖于空间的立体选择性，并且输出信号单一。金属-有机大环化合物具有开放式结构，构筑种类多样化，易于修饰。如何构筑功能化的金属-有机拓扑结构，在进行生物分子识别与模拟酶催化研究中实现多功能信号响应，仍是目前面临的挑战之一。