使用指示剂位移分析定量顺式和反式烯烃的比色法

今天给大家分享一篇利用指示剂位移法和比色法进行手性识别的文献，本文的通讯作者是德克萨斯大学奥斯汀分校的Eric V. Anslyn教授(PNAS | 用于甘油酯区域和立体选择性鉴定和定量区分的探针)。

作者之前报道了用二醇和硼酸之间的平衡来创建比色测定法，以检测手性二醇和α-羟基羧酸的ee值。使用手性硼酸宿主，这些研究利用了指示剂置换测定法（IDA）来产生不同的对映体二醇的颜色。IDA使用比色或荧光探针，通常是pH指示剂（I），当与宿主（H）结合时，与在溶液中游离时相比，其光信号有所不同。如图1A所示，添加了一个客体导致指示器位移，其光信号又发生变化。

作者利用OsO4或m-CPBA和IDA来开发烯烃的二羟基化反应，以确定未知混合物或各种反应中顺式或反式烯烃的百分比。使用2-吡咯烷基甲基-苯基硼酸作为主体（H）和邻苯二酚紫作为指示剂（PV），所得的1,2-二醇将取代指示剂与主体-指示剂的配合物，从而改变颜色。由顺式和反式烯烃以立体有择方式生成的非对映体二醇对H的亲和力不同。使用OsO4对顺式烯烃进行二羟基化反应会生成赤型二醇，预计这将不利于宿主–在环状硼酸酯中，当R-基团彼此顺式时，由于空间相互作用而引起的客体络合（图1 B）。相反，当使用OsO4时，反式烯烃会生成苏糖二醇，这会使R-基团在硼酸酯的形成过程中相互转化。因此，预计反式烯烃与顺式烯烃相比，其对应的二醇具有更大的亲和力，从而导致指示剂从主体中移出更大，进而导致更大的颜色变化（图1B）。预计使用m-CPBA作为氧化剂会导致对顺式和反式烯烃衍生的二醇的反应相反。

根据先前确定手性二醇ee的工作，选择IDA的指示剂是邻苯二酚紫（PV）。为了优化IDA方案，以衍生自烯烃的二醇，首先筛选了溶剂条件。根据已知在类似质子溶剂中邻氨基取代的硼酸的pKa值，选择IDA的弱碱性pH值，因为pH值会增强结合力。在这些条件下，UV用紫外分光光度法滴定PV，以测定结合常数以及宿主和后续IDA指示剂的最佳浓度（图2）。选择PV（0.15 mM）和H（0.4 mM）的浓度是因为指示剂已被基质饱和约90％，因此在添加由烯烃生成的二醇后，信号的逆转将具有较大的动态范围。

对7组异构烯烃（表1）进行OsO4合成，以同时生成苏糖醇和赤豆二醇。反式烯烃（或E）生成苏二醇，而顺式烯烃（或Z）则生成赤二醇。使用这些二醇，使用H和PV进行UV / Vis滴定研究，并使用适合IDA的拟合程序确定它们的结合常数（图2）。图2 B，C中所示的使用G2TH和G2ER的UV / Vis分光光度滴定法揭示了G2TH的优先结合。图2D显示了两个IDA等温线的显着差异。此外，随着G2TH将指示器从主机上移开，可以从视觉上注意到溶液从红色变为黄色。相反，对于G2ER，没有可见的颜色变化（图4）。

作者将要使用的不同二醇组的浓度给出最大的颜色差异。例如，使用G2TH / G2ER设置，确定该二醇组的最佳浓度为10 mM，对于G2T / G2C组，转化为10 mM。对于其他烯烃组，使用了不同的浓度。在分析未知物和反应之前，使用每组烯烃的不同混合物生成校准曲线，范围从0：100顺式/反式烯烃到100：0顺式/反式烯烃，增量为10。对于每种烯烃，校准曲线不是线性的，而是有明显的曲率。在高百分比的苏糖二醇中（如由OsO4与反式烯烃形成的混合物），IDA的动态范围较大，而在过量赤藓二醇中苏糖二醇的百分比变化显示出较小的光学变化。这是预料之中的，因为赤型二醇不会取代指示剂，并且直到混合物中的苏式二醇含量足够高（≥0.5以上）时，才会发生显着的光学响应。

为了探索两步方案的非对映选择性，使用m-CPBA进行G2T和G2C的二羟基化，然后使用KOH开环（图3A和3B）。正如从OsO4和m-CPBA氧化的相反立体定向所预期的那样，两条校准曲线是垂直线在赤分二醇含量为0.5时的镜像。因此，为了产生足够大百分比的苏糖二醇以产生显着的光学响应，需要基于烯烃的立体化学选择合适的氧化剂。

接下来使用两个96孔板开发了一个两步方案。选择OsO4作为氧化剂，选择G2T / G2C和G3T / G3C作为烯烃（分别为10和30μmM）。OsO4氧化后，将反应板的孔用亚硫酸氢钠淬灭，然后将溶液转移至含有96孔玻璃板的二氧化硅中并通过其过滤，以纯化NaHSO3其他副产物中的Os产物。使用Genevac除去溶剂，然后将残留物重新溶解并转移至包含H和PV的筛板。将仅缺少烯烃存在的空白样品进行操作，以用作对照样品。此外还验证了在二氧化硅纯化步骤中去除了副产物，没有残留的Os产物。

作者还着手改变包含宿主-指示剂复合物和释放的游离指示剂的溶液的视觉颜色。主体-指示剂复合物（H：PV）为红色。添加绿色染料使溶液变成橙色，而添加蓝绿色染料则得到灰色溶液。加入赤型二醇（H：PV + G2ER）后，溶液仍保持其原始颜色。但是，添加苏糖二醇（H：PV + G2TH）后，溶液分别从红色变成黄色，从橙色变成石灰绿色，从灰色变成亮绿色（图4）。无需额外的合成即可完成不同的比色响应，并且可以进行调整以更改IDA的外观，从而最适合自己的眼睛。