非手性基于TPE的四陽離子環蕃（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，多數常規熒光探針表現出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?；诳涨缓晚憫獑卧?，作為大環主體的水溶性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，使得環蕃1為內消旋結構（圖1a）。此外，環蕃1的空腔促進了兩個環蕃分子的兩個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絡（圖1d,e）。

環蕃1和2在各種溶劑中具有**的AIE發射。考慮到環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?；赥PE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（300–500nm）表現出自適應手性，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手性的手性主客體復合物（圖3）。

smDNA和ctDNA滴定環蕃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。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單元的優先旋轉構象，**實現從DNA到1·4Cl-的手性轉移和誘導。（2）在200–270 nm和270–320 nm區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-螺旋纖維的手性環境通過手性轉移誘導TPE的P構象，在長波區呈現負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蕃作為大環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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