非手性基于TPE的四陽離子環(huán)蕃（1-2）的一鍋法合成策略和自適應手性特征

與生物分子在水中聚集和/或結合時，多數(shù)常規(guī)熒光探針表現(xiàn)出ACQ效應。為此，化學家探究出了AIE活性探針——其在溶液中不發(fā)射，由于分子內旋轉（RIR）受限，在聚集時有強熒光。另一方面，許多手性生物分子CD信號極弱或難以檢測，且由于缺乏共軛基團而沒有熒光發(fā)射。四苯乙烯（TPE）具有AIE性質，增強了熒光響應能力，且由于動態(tài)順式（P）和反式（M）旋轉構象具有手性響應能力。

基于以上研究背景，我們報道了非手性基于TPE的四陽離子環(huán)蕃（1-2）的一鍋法合成策略和自適應手性特征。X射線單晶結構表明，其具有較大的陽離子疏水空腔和兩個TPE單元。基于空腔和響應單元，作為大環(huán)主體的水溶性1·4Cl-通過疏水效應和空腔內的靜電相互作用，對客體ATP具有選擇性識別和熒光增強。另一方面，1·4Cl-作為DNA探針可以通過靜電相互作用和疏水效應DNA的主要溝槽，產生熒光增強和誘導負CD信號的雙重響應，檢測限較低。

由1·4PF6-的單晶結構可知，單個環(huán)蕃幾乎呈中心對稱，有一個14.6?×17.9?的大空腔。兩個TPE單元同時采用P和M旋轉構象，使得環(huán)蕃1為內消旋結構（圖1a）。此外，環(huán)蕃1的空腔促進了兩個環(huán)蕃分子的兩個TPE單元之間的二聚（CH-π和π-π相互作用）（圖1b,c），從而進一步形成線性聚輪烷和互鎖網(wǎng)絡（圖1d,e）。

環(huán)蕃1和2在各種溶劑中具有**的AIE發(fā)射。考慮到環(huán)蕃的陽離子特性和大的疏水空腔，我們選擇了一系列帶負電荷的核苷酸作為客體。結果表明，1·4Cl-對核苷酸表現(xiàn)出不同的熒光響應。水溶液中ATP對1·4Cl-的熒光滴定顯示，在555 nm處，1的發(fā)射強度急劇增加（圖2a,b）；其他核苷酸（除ATP和AMP）導致熒光強度中等程度增強（圖2b）；而AMP僅觀察到微弱的熒光響應，這表明主客體識別的主要驅動力是主體（吡啶單元）和客體（磷酸基團）之間的靜電相互作用。基于TPE單元的AIE性質，熒光增強可歸因于通過**從TPE單元到1·4Cl-吡啶單元的分子間光誘導電子轉移（PET）過程以及聚集過程中1·4Cl-的TPE單元的RIR。

對于磷酸基團數(shù)量相同、堿基不同的核苷酸（如ATP、UTP、CTP和GTP），1·4Cl-滴定過程中飽和熒光強度也不同，這表明堿基也可能通過疏水作用影響與1·4Cl-的結合能力。Job圖表明形成了1:2的主客體復合物（如1?ATP2）。與1·4Cl-相比，2·4Cl-識別核苷酸的熒光響應較弱，且無**的選擇性（圖2b）。因此，基于環(huán)蕃與核苷酸的熒光響應，1·4Cl-可作為DNA分子的理想探針（圖2c,d）。

基于TPE單元的P/M旋轉構象，環(huán)蕃1可在主客體復合物中通過手性客體到非手性主體的手性轉移和誘導，在長波區(qū)（300–500nm）表現(xiàn)出自適應手性，誘導CD響應。結果顯示，1·4Cl-在水溶液中無任何明顯的Cotton效應，表明兩個TPE單元采用了內消旋（PM）旋轉構象。由于1和核苷酸衍生物在空腔內結合，客體的手性結構遠離外部TPE單元，故手性從手性核苷酸轉移到1·4Cl-或2·4Cl-是無效的；而當DNA滴定到1·4Cl-的水溶液中時，在320–470 nm處產生了新的CD信號（對應于1·4Cl-的π-π躍遷），有力的證實了DNA的手性轉移到了非手性主體上，在主客體絡合過程中通過**的空間手性轉移形成具有動態(tài)手性的手性主客體復合物（圖3）。

smDNA和ctDNA滴定環(huán)蕃1的CD光譜顯示（圖3a,b）：（1）檢測到新的負CD信號，中心位于380nm，屬于1·4Cl-中TPE單元的吸收區(qū)。這表明1·4Cl-的自適應手性被打開，表明1·4Cl-和smDNA/ctDNA之間的絡合更傾向于產生TPE單元的優(yōu)先旋轉構象，**實現(xiàn)從DNA到1·4Cl-的手性轉移和誘導。（2）在200–270 nm和270–320 nm區(qū)域有兩個更強的正和負CD信號，不同于相同濃度的游離DNA。這些CD特征表明1·4Cl-的TPE單元可能與DNA的主要或次要凹槽結合，轉化為P構象，從而產生CD信號。此外，與1·4Cl-相比，由于蒽環(huán)的空間位阻，2·4Cl-的TPE單元不能插入DNA的主要或次要凹槽，相互作用較弱，構象控制較差，故誘導CD信號較弱（圖3c,d）。

理論計算表明，環(huán)蕃的TPE單元與DNA分子可在主要凹槽結合，其中受限空間限制了TPE單元自由旋轉以增強熒光（圖4a）。SEM圖像顯示，DNA和DNA?1均形成左手螺旋纖維（圖4b），表明M-螺旋纖維的手性環(huán)境通過手性轉移誘導TPE的P構象，在長波區(qū)呈現(xiàn)負CD信號。此外，DNA纖維未顯示任何熒光，而DNA?1纖維在405 nm下有強烈的熒光（圖4c），這表明DNA通過與環(huán)蕃絡合，可通過熒光響應來檢測DNA。

綜上所述，我們設計并合成了兩個基于四苯乙烯的四陽離子環(huán)蕃1·4Cl-和2·4Cl-，兩者均具有用于分子識別的較大的陽離子疏水空腔，以及兩個用于熒光和手性響應的內消旋TPE單元。主客體化學表明，環(huán)蕃可包裹兩個核苷酸分子形成1:2的主客體復合物，并通過疏水效應和靜電相互作用增強熒光響應。此外，當1·4Cl-與DNA凹槽結合時，其自適應手性被打開，從而在水中產生熒光增強和誘導負CD信號的雙重響應。因此，這些水溶性陽離子環(huán)蕃作為大環(huán)主體或探針可以識別具有多重正交響應的生物分子（如核苷酸和DNA），以提高生物相容性介質中生物分子檢測的準確性。

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