手性化合物在藥物，農藥，食品添加劑，香料中都廣泛存在，同時也是先進手性材料的關鍵組成部分。如何分離提純單一對映體，長久以來一直是科學家努力的方向。結晶拆分法操作簡單、成本低，仍然是目前大部分手性藥物及其中間體最重要的生産方式。Lahav等人在上世紀八十年代提出逆向結晶法，通過加入“量身定制”的聚合物抑制劑，抑制與之相同構型的底物結晶。相反構型底物不受影響而較快析出。一定程度上擴大了拆分範圍，提高了晶體光學純度及産率。然而，到目前為止絕大多數的抑制劑都是通過單體聚合而來，其合成困難，官能團耐受度有限，不利于高通量的結構篩選；且想要獲得另一構型底物需要重頭合成相反構型聚合物，成本高，拆分效率低。
圖1. 非共價鍵構築聚合物抑制劑及其參與的立體選擇性結晶過程
近期，宛新華教授和張潔副教授課題組從超分子聚合物的角度出發，利用非共價相互作用，将手性小分子錨定在非手性聚合物主鍊上，制備了一系列超分子聚合物抑制劑。該工作僅僅改變客體小分子結構實現了對多種“簇集晶體”的高效拆分，此外通過選用合适的客體分子，還實現了傳統結晶法無法拆分的“外消旋晶體”谷氨酸及常用抗高血壓藥物尼莫地平的拆分。另外，該策略不僅适用于水溶液體系，同樣也适用于醇類，有機溶劑體系等。通過合理使用各種非共價相互作用，可以預期更多的聚合物添加劑可以被如法炮制。近年來被廣泛研究的用于手性拆分的微/鈉粒子，有機/無機雜化顆粒或許都可以通過類似的方式進行制備。這将大大促進添加劑輔助的高效立體選擇性結晶策略的發展。相關成果發表在Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20243-20248。beat365宛新華教授為該工作的通訊作者，第一作者為beat365博士後葉曦翀。
此外，他們通過協同利用手性添加劑與外消旋底物之間的“立體選擇性”與“非立體選擇性”相互作用，實現了直接從外消旋底物出發構築光學純多層次手性晶體的目标。通過改變添加劑分子量可以改變兩種作用力的相對大小，從而調控晶體的分子和宏觀手性。這種利用聚合物分子量的手性調控過程，由于不需要從頭制備相反構型的添加劑，相比傳統方式更為簡單、高效。這種策略具有一定的普适性，在使用不同結構添加劑的情況下，實現了多種簇集晶體的選擇性結晶和晶體自組裝過程。在多數體系中均能獲得具有宏觀手性形貌的晶體組裝體。該策略不僅極大簡化了多層次手性晶體的制備方式，且在極低添加量下便能誘導形成高化學純度、光學純度的晶體聚集體，為大規模創造光學活性晶體組裝體提供了一種可行方案。除此以外，該工作可以提高人們對精準手性識别、跨尺度手性調控、多級手性傳遞的理解。相關成果發表在Nat. Commun., 2021, 12, 6841。beat365宛新華教授為該工作的通訊作者，第一作者為beat365博士後葉曦翀。
圖2. 聚合物分子量調控晶體聚集體的分子及宏觀手性
該系列工作得到了來自國家自然科學基金委和博士後科學基金等項目的資助。
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