左手右手，互為鏡像，但永遠(yuǎn)不能在同側(cè)重疊，這種現(xiàn)象稱為“手性”。大到宇宙星云，小到海中螺殼，手性現(xiàn)象廣泛存在。化學(xué)世界中，有一大類分子存在手性異構(gòu)體，它們就像左右手，雖然看上去一模一樣，但完全不能重疊，這類分子被稱為“手性分子”。一些藥物中的手性分子的兩個鏡像異構(gòu)體存在生物活性、代謝過程、毒性的顯著差別，有的更是“治病”和“致病”的天壤之別。因此，如何更為經(jīng)濟(jì)、高效、便捷地將手性分子的“左右手”分開，獲取其中有益部分，成為化學(xué)界競相攻關(guān)的課題。

南開大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、藥學(xué)院陳瑤研究員課題組與南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院張振杰教授、美國南佛羅利達(dá)大學(xué)馬勝前教授合作利用生物分子誘導(dǎo)的策略設(shè)計(jì)合成了一類手性共價有機(jī)框架材料并成功地應(yīng)用于多種藥物、氨基酸等小分子的手性分離。該材料具有造價低、效率高、普適性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，作為新型“分手”利器，它將大幅降低手性藥物的生產(chǎn)成本。日前，介紹該工作的論文在線發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)刊物Angew.Chem.(《德國應(yīng)用化學(xué)》)上。

目前，液相色譜技術(shù)是獲取手性分子單一構(gòu)型對映體的重要手段之一，而具有高手性分離性能的手性固定相是這一技術(shù)的關(guān)鍵。含有手性分子的混合物流經(jīng)分離柱時，不同構(gòu)型對映體與填充其中的手性固定相相互作用，由于作用力大小不同，不同的異構(gòu)體分別在不同的時間內(nèi)流出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)手性分離的目標(biāo)。

“簡單來說，液相色譜儀中的分離柱就好像一個隧道，外觀、型號看起來完全一樣的汽車一起駛?cè)耄信普盏钠嚱痪涂梢宰屍漤樌乜焖偻ㄟ^，沒有牌照的就會因?yàn)楸唤痪{(diào)查而落后通過。這樣，隧道另一端先出現(xiàn)的就都是有牌照的汽車，后出現(xiàn)的都是沒有牌照的汽車了。”陳瑤說，這其中最關(guān)鍵的部分就是“交警”，也就是“手性固定相”，需要識別能力強(qiáng)、穩(wěn)定且高效。

生物分子(如酶、肽段、氨基酸等)由于其本身固有的手性結(jié)構(gòu)及其兩親性、兩性離子性等特點(diǎn)，可以用于多種手性分子的識別。但因其穩(wěn)定性差，生物分子必須固定到固體基質(zhì)上才能發(fā)揮作用。然而，傳統(tǒng)的固體基質(zhì)以二氧化硅為主，其pH穩(wěn)定性及強(qiáng)機(jī)械穩(wěn)定性較差。

新興的多孔框架材料——共價有機(jī)框架材料(COFs)，具有高比表面積、較高孔道率、孔徑規(guī)則并容易調(diào)控、結(jié)構(gòu)靈活、易于功能化等特性，并具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定和化學(xué)穩(wěn)定性，十分適宜用作手性固定相的固體基質(zhì)。然而，直接合成手性COFs材料非常困難。

“能否找到一種辦法，將生物分子和COFs材料結(jié)合起來，創(chuàng)造出一種新型的手性固定相？”經(jīng)過一系列技術(shù)攻關(guān)，陳瑤課題組成功地將一系列生物分子(溶菌酶、三肽、氨基酸)引入到COFs材料中，非手性COFs通過繼承生物分子的手性特征從而變成手性COFs，進(jìn)而可應(yīng)用于手性分子的拆分。

“隧道中，高效、敬業(yè)的‘交警’——一種新型的高效液相色譜手性固定相被我們合成出來了。”陳瑤說，通過新策略得到的Biomolecule?COF1手性固定相性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)吸附法固定生物分子得到的手性固定相性能。

“一方面，COFs作為新型的、卓越的固體基質(zhì)，可有效的保護(hù)和分散生物分子，明顯提升了生物分子的熱、機(jī)械及溶劑穩(wěn)定性；另一方面，生物分子的引入使得非手性的COFs材料具有了手性，并傳承了生物分子的兩親性等特性，可實(shí)現(xiàn)對多種手性分子的分離(如氨基酸、藥物等)。”陳瑤說。

通過進(jìn)一步研究，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，采用共價法引入了酶的COF1材料作為手性固定相具有優(yōu)異的手性分離效果，其可用于正相和反相等多種分離模式，可分離氨基酸、藥物等多種手性底物，分離度Rs均達(dá)到1.3以上，并且具有優(yōu)良的重復(fù)利用性和再現(xiàn)性，連續(xù)使用2個月，反復(fù)進(jìn)樣120余次后，仍具有和初始狀態(tài)一樣的分離效果。

“這一研究為發(fā)展高效、耐用型的手性固定相，及拓寬共價有機(jī)框架材料在手性分離、手性催化方面的應(yīng)用提供了巨大的潛力。”陳瑤介紹，新材料具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，它的應(yīng)用可大幅降低分離柱的造價，打破進(jìn)口依賴，也將大大降低手性藥物的生產(chǎn)成本。

南開大學(xué)陳瑤課題組博士生張賽男為論文第一作者，研究生鄭云龍為論文第二作者。陳瑤、張振杰、馬勝前為論文共同通訊作者。南開大學(xué)為論文第一單位。該研究工作得到了南開大學(xué)、藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及天津市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。