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大环化合物的合成,一直是一个很有难度的课题,现有的化学手段并不是很丰富,且往往需要大量的辅助试剂、超低浓度才能顺利成环。而使用模板来合成大环,则是另一种高效而可控的方法。
从最初Pederson意外发现K+可以显著促进冠醚的合成,到Sauvage设计使用Cu+合成索烃,模板合成的发展伴随着超分子化学的兴起,也帮助我们更好地理解了酶的作用机制。本篇工作中,美国Scripps研究所的JuliusRebek展示了一个新的体系,更详细地反映了酶的作用模式。
在已经研究了长链两亲分子与穴醚的作用后,Rebek教授发现Bola型两亲分子可以在穴醚中形成弯曲的构象,把疏水链埋于芳香区,而把两个亲水头基暴露在水中,这样就产生了两个头基相互接近的效果。
在此基础上,作者选用了十一和十二碳ω-氨基酸的Bola型分子,与穴醚在水溶液中形成这样的超分子络合物,再加入缩合试剂,可以顺利地高效完成大环酰胺化反应。对照试验显示,无模板仅采用超低浓度反应,只能生成少量的寡聚物而不环化。
虽然这个例子比较简单,但却直观地反映了酶的一个作用特点——改变底物构象。生命体中许多化学反应都是高效而高度特异的,这往往是因为酶有独特的“口袋”,可以帮助底物达到活泼的构象而极大地促进反应。在本例中,ω-氨基酸的构象改变,正是产生环化选择性和高产率的关键所在。
此外,这个体系能在水相完成脱水缩合反应,相对于以前的反应有了很大的进步,且对我们研究生理条件的反应有很大帮助。当然,反应使用了当量的模板和过量的缩合剂,是仍需改进的地方。
相关工作发表在《J.Am.Chem.Soc.》上。