张来新，朱海云

(宝鸡文理学院 化学化工学院，陕西 宝鸡 721013)

一般而言，将研究手性化合物的结构、制备、理化性质、相互转变及应用的化学称为手性化学。手性化学作为一门植根深远的新兴热门边缘学科，不仅广泛应用于医药、农业、食品、材料等领域，在国计民生中也占据极为重要的地位。互为手性的分子是一对立体异构体，它们的平面结构相同，但立体构型不同，互为实物和镜像的关系，但它们又有着不同的生理活性和药理活性，在医药学领域，其中的一个可能具有疗效，而另一个可能无效甚至有毒。因此，在医药学上对一对手性分子对映体药物进行拆分就显得尤为重要，以避免对人体的健康构成直接或潜在的威胁；在农药的制备和使用中对其外消旋体也要进行拆分，以避免使用大量无效甚至有毒有害的对映体，从而消除对植物或环境造成严重的对映体污染，并诱发生态灾难；手性食品添加剂以外消旋形式食用时，不仅会影响风味，而且无效甚至有毒有害的对映体会产生食品安全问题等。因此，研究设计手性合成的新方法、发现和制备高效手性合成专一催化剂、制备单一构型的手性化合物、研究手性识别及手性拆分、以及使用无毒无害的手性化学品，对保障人类健康长寿，保护自然生态环境及人类社会良性的可持续发展具有重要的现实意义和深远的历史意义。不仅如此，手性化学在21世纪的新兴热门领域如生命学科、环境科学、材料科学、生物学、能源科学、纳米材料、信息科学、仿生学、生物化学、生物物理、波谱学等领域也彰显出潜在而广阔的应用前景，因此它们之间在发展中相互促进、相得益彰。与此同时，手性化学在工业、农业、国防，特别是在医药学中应用广泛。

1 手性合成手性拆分及其应用

1.1 手性多孔配位聚合物的合成自发拆分及应用

近年来，对纯手性多孔配位聚合物的应用研究[1]及利用非手性前驱体合成纯手性配合物的研究越来越受到人们的青睐[2-3]。为此，汕头大学的陈荣峰等人通过水热法，利用非手性配体与Cd(NO3)2·4H2O反应，制得了三维(3D)外消旋手性多孔配合物A，在配合物A的晶化过程中，发生了自发拆分现象，产生了分别属于P64、P62手性空间群化合物B 和C。单晶X-射线分析表明，配合物A能稳定到约400 ℃，故具有较好的热稳定性。当加入合适的手性诱导剂时可获得纯的对映异构体，并对对映体有选择性分离作用[4]。该研究在材料科学、信息科学、生命科学以及化学、化工、农业、医药及国防领域有着广阔的应用前景。

1.2 多糖衍生物双选择体手性固定相的制备及识别机理研究

手性固定相(CSP)的开发是手性分离领域持久的热点。近年来，研究人员将多种不同类型手性选择体(CS)同时固定于硅胶表面上，得到双CS型CSP，能够表现出与单CS型CSP相异的分离能力[5-6]。为此，中国科学院青岛生物能源与过程研究所的黄少华等人将纤维素-三(4-甲基苯基甲酸酯)(CTMB)和直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)(ADMPC)两种高分子同时涂敷到氨丙基硅胶表面，制备成了一种多糖衍生物双CS型CSP，并利用HPLC、NMR等技术对该CSP的识别机理进行了研究。在NMR识别研究中，观察不到手性化合物的两个对映体存在化学位移或线性变化，说明该化合物与CTMB的相互作用较弱；但在色谱分离中，手性化合物却表现出很高的分离度。可能的原因是在该样品的手性分离中，氢键、π-π或偶极-偶极作用等电子效应不是主要因素，CTMB的高级结构与化合物的空间匹配作用可能才是产生手性识别的主要原因[7]。

1.3 双酰肼配位聚集体的合成及对称性破缺研究

手性配位聚合物由于其在手性分离、不对称催化、药物化学等领域的潜在应用而一直是过去几十年中研究的热点。即通过巧妙设计配位自组装的可能途径，研究者发现了一系列由非手性底物制备得到的手性配位聚合物。为此，福州大学的卢淑美等人设计合成了具有对称结构的双酰肼类配体，进而研究了其与铜离子的自组装配位聚合物体系。他们在研究中发现，当反应体系含有吡啶时，自组装体系将在吡啶配位作用下形成三棱柱状络合物[Cu9L3(Py)6]，单晶结构解析发现该络合物为手性分子，但相邻分子通过弱配位键相连形成一维结构，结构中互为对映异构的络合物分子交替排列，整体结构为中心对称。若反应体系不含吡啶，将形成深色透明的配位聚合凝胶。电镜表征显示该凝胶主体结构近似弯曲缠绕的丝带状结构，圆二色谱表征则证实了该凝胶为手性凝胶[8]。该研究将在胶体化学、分析分离科学、催化科学及药物化学等领域得到应用。

1.4 淀粉与甲壳素衍生物复合型手性固定相的制备及性能研究

为了解决淀粉衍生物固定相较差的溶剂耐受性和稳定性缺陷，同时保留其优良的手性分离性能，武汉工程大学的张娟等人将甲壳素-二(3-氯-4-甲基苯基氨基甲酸酯)与淀粉-三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)以不同物质的量比(1∶1，1∶4，1∶9)共混合，再涂敷到三个双选择体系复合型固定相CSP、CSP4、CSP5上。为了进行比较，分别制备了相应的单选择体手性固定相CSP1和CSP2。他们的研究表明，有些手性分析物在单一选择体固定相上分离度较小甚至不能被识别，而在复合型手性固定相上可达到基线分离。他们通过甲壳素-二(3-氯-4-甲基苯基氨基甲酸酯)与淀粉共混后得到的复合型手性固定相相对于淀粉手性固定相来说，手性识别性能未明显改变，但对有机溶剂耐受性和稳定性明显提高[9]。该研究将在分析分离科学、环境科学、材料科学及生命科学的研究中得到应用[10-11]。

2 手性光谱及应用

2.1 蓬勃发展的手性光谱及应用

近年来，不对称催化合成、手性药物、手性功能材料、手性自组装、手性物质的结构表征和检测、手性环境化学等相关领域成为科技工作者研究的热点[12-13]。为此，厦门大学的章慧等人将ECD和VCD光谱测试与电化学联用，将色质联用与手性光谱技术结合，研究了固体ECD光谱的不同测试方法比较、消旋笼络合物的拆分、手性多面体笼络合物的手性选择性合成及其绝对构型和动态ECD光谱性质、手性席夫碱络合物、晶型手性药物和手性聚集诱导发光(AIE)化合物ECD和VCD谱比较研究等[14]。该研究在手性药物、不对称催化、手性自组装、手性功能材料、手性环境化学等相关领域的研究中将得到应用。

2.2 晶型手性药物表征的指纹特征——集成的固体手性光谱

所谓集成手性光谱，既包含上述ECD、VCD和CPL等不同手性光谱技术，也包含同一手性光谱中采用的不同测试方法，甚至可涉及与之相关的联用技术，例如将ECD和VCD光谱测试与电化学工作站联用、将色质联用与手性光谱技术结合等[15]。为此，厦门大学的李丹等人首先选取手性药物利萘唑胺(LNZA)进行研究。LNZA是人工合成的噁唑烷酮类抗菌药，2000年获美国FDA批准，其可用于治疗革兰阳性菌、革兰阴性菌和厌氧菌引起的感染、抑制细菌的蛋白质合成、是肠球菌和葡萄糖球菌的抑菌剂，也是大多数链球菌菌株的杀菌剂。已知LNZA存在着两种确定的药物晶型，他们在多年对固体ECD谱研究的基础上，对上述两类晶型手性药物选取合适的浓度得到了其具有指纹特征的集成固体光谱，并对未来建立相关多晶CAPIS的固体手性光谱标准图谱具有重要的参考价值[16]。该研究将在不对称功能材料、不对称催化、手性自组装、手性药物和手性环境化学的研究中得到应用。

3 手性化学在生命科学中的应用

3.1 利用模拟方法研究手性嗜菌蛋白酶及其抑制剂

酶在生命科学、生物科学、仿生学、生物化学、催化科学及整个生命现象过程中起着非常重要的作用[17-18]。为此，延边大学的方虎林等人利用分子模拟中的分子对接和分子动力学模拟的方法，研究了嗜热菌蛋白酶与其抑制剂之间的相互作用，利用 MM/GBSA 和 MM/PBSA 方法计算了嗜热菌蛋白酶与其抑制剂之间的结合能。通过对 1TLP、1Y3G、1ZDP 和 1Z9G 等拥有不同锌离子结合基团(ZBG)的复合物利用相同力场参数进行分子模拟，得到了不同的结合能。通过模拟数据 1TLP 中的 ZBG 表明其与锌离子结合得最好，且最稳定[19]。该研究将在生命科学、生物化学、仿生学及酶化学等研究中得到应用。

3.2 钙离子通道的手性蛋白跨膜区在脂质体上的组装特点及应用

利用化学方法在脂质体膜上构建离子通道已在20世纪90年代完成，但生物体系中离子通道形成的生理机制尚不清楚。为此，大连民族学院的姜强等人根据生物体细胞信号传导通路中的第二信使——三磷酸肌醇(IP3)与内质网膜上的 IP3受体结合并诱导钙离子通道开放，使钙离子从内质网流入到细胞基质中并引发相应的生理反应。生物体内的 IP3受体具有高度保守的 6 个跨膜区，现已知钙离子通道的形成与跨膜区的寡聚化作用有关，其中跨膜区(TM5)与跨膜区(TM6)及连接两跨膜区段的 loop 结构与钙离子通道的形成紧密相关。他们利用化学生物学技术，通过构筑包含单独的跨膜区(TM5)或跨膜区(TM6)以及两种跨膜区的脂质体超分子体系，研究了跨膜区组装形成钙离子通道的化学机制。他们还利用多肽固相合成仪完成了 IP3受体跨膜区(TM5)与跨膜区(TM6)多肽的手性合成，利用单一的人工类脂——肽脂或配合其它天然类脂进行脂质体的构建，通过自组装方法构筑了手性超分子体系，研究了 IP3受体跨膜区(TM5)与跨膜区(TM6)单独组装以及共组装后在脂质体膜上的组装特点[20]。该研究将在生物科学、生物化学、仿生学以及生命科学的研究中得到应用。

4 结束语

综上所述，手性化学作为一门植根深远的新兴热门边缘学科目前已渗透到21世纪众多的热点学科及领域，并在工业、农业、医药学及国防建设中彰显出广阔的应用前景。手性合成的设计和手性催化合成则是手性化学领域研究的关键。近年来，世界科学家在手性化学及手性合成、手性拆分、手性识别的研究中制备了许多新型手性合成高效催化剂，研究出了新颖的手性合成方法，但真正在手性工业合成中得到应用的技术还十分有限。而未来手性化学中的手性合成则要朝着产物立体专一性好、原料价廉易得、能耗低、原子经济、产率高、绿色生产的方向发展。随着世界科学家对手性化学研究的不断深入，手性化学必将为人类的文明进步、造福人类、可持续发展及安康幸福创造新的辉煌。

参 考 文 献：

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