研究背景

各向异性核磁共振参数残留偶极耦合 RDC 已成为阐明有机分子立体结构的重要工具，前提需要将样品置于适宜的定向介质中进行测定 RDC。尽管在过去 20 年来引入了系列与有机溶剂相容的定向介质，但从同一有机溶剂体系中获取多组独立的、非线性相关的 RDC 数据仍存在巨大的挑战。

分子自组装是一种自下而上，形成超分子结构的策略，它常使用低分子量分子作为构建基块。研究发现由脂肪酸和带电荷的肽组成两亲性寡肽（oligopeptide amphiphile，OPA）显示出在不同有机溶剂自组装的高倾向性。前期课题组已报道了系列寡肽及两亲肽自组装液晶用于残留偶极耦合等各向异性核磁共振参数的测定（Angew. Chem. Int. Ed. 2017 , 56, 12857; Chem, Commun. 2019, 55, 1659; Magn. Reson. Chem. 2020, 58, 404; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 2301; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 17097; ACS Appl. Bio Mater. 2020, 3, 8989; Chem. Commun. , 2021, 57, 6181），并在天然产物立体结构分析中产生若干应用（Org. Lett. 2019, 21, 1108; Org. Lett. 2019, 21, 6957; J. Org. Chem. 2019, 84, 2568; Org. Lett. 2020, 22, 405; J. Org. Chem. 2021, 86, 475）。课题组发现 OPA 液晶分子结构的相似性启发下，通过调整氨基酸序列来开发新的可编程排列介质。本论文建立一种基于自组装寡肽类定向介质的可编程策略，通过调整氨基酸序列来构建不同定向强度与作用方式的介质，能够高效、准确地测量独立的残留偶极耦合（RDCs）数据集。这项研究为有机化合物的从头结构的测定提供了一种可能，也为柔性侧链结构的解析提供基础。

为了增加定向介质与分析物的作用方式，引入不同电荷基团的氨基酸，设计并合成了两亲性寡肽 C₁₆-VVAAEEKK-CONH₂ (OPA-1)，它能够在甲醇中自组装形成液晶。先前的研究表明，寡肽 AAKLVFF源自 aβ 淀粉样蛋白（aβ）的核心部分，其中相邻的两个苯丙氨酸（FF）中的 π-π 堆积相互作用在分子自组装中起着关键作用。受此启发，在 OPA-1 的基础上加入了 FF 片段，得到肽 C₁₆-FFVVAAEEKK-CONH₂（OPA-2）；对之前报道的序列 C₁₆-VVVVKKK-CONH₂（OPA-3）采用了相同类型的改性，获得肽C₁₆-FFVVVVK-KK-CONH₂（OPA-4）。以蒿甲醚、赤霉素、α-山道年以及异松蒎醇（IPC）四个天然产物为模型分子，验证 OPA 寡肽液晶定向介质提取分析物 RDCs 的准确性并着重考察了测量获得的 RDC 数据集的独立性。较低的拟合系数 Q 值说明了上述介质均是适用于小分子测量的弱定向介质。广义有序度（GDO）比较表明了 OPA-2 和 OPA-4 比其结构相关的 OPA-1 和 OPA-3 介质具有更强的定向能力；此外，进一步对待测分子在介质作用下的取向差异的进行了定量度量，计算结果表明了同一分析物在这四种介质中均具有明显的取向差异性。为了证实所测的 RDC 数据的非线性、独立性，进行了主成分分析，SECONDA 结果显示能获得三个以上的本征值。

将芳香族 FF 掺入寡肽主链不仅可以增强介质的定向强度，还改变了分析物在介质中的排列取向。通过简单地调整寡肽的序列就能获得不同定向能力的介质来测量独立的 RDC 集这一策略被证实是可行性的。该成果发表于学术期刊 Chemical Science，入选为Chem Sci Pick of Week，同时入选2022 Chemical Science HOT Article Collection；并入选封面文章（inside back cover）。

不同氨基酸的极性、电荷、空间差异性可有效地以功能为导向的编程不同的液晶定向介质，从而实现待测分子在定向介质的作用下，在磁场中获得不同的取向。即通过简单地调整寡肽的氨基酸序列就能获得不同定向能力的介质来测量独立的 RDC 集，为“Model-Free Analysis”的结构计算方法提供了有效的途径。

• Programmable alignment media from self-assembled oligopeptide amphiphiles for the measurement of independent sets of residual dipolar couplings in organic solvents
  Yue-Xiao Lin(林月潇, 中南民族大学),   Jia-Qian Li(李佳倩, 中南民族大学),   Si-Yong Qin(秦四勇,中南民族大学) ,   Han Sun,   Yan-Ling Yang,   Armando Navarro-Vazquez  and  Xinxiang Lei*(雷新响, 中南民族大学)  
  Chemi. Sci. 2022
  http://doi.org/10.1039/D2SC01057G

  

  
  

雷新响 教授

中南民族大学

雷新响，男，博士，教授，硕士研究生导师，毕业于中国科学院成都生物研究所，曾于 2010-2011 年在耶鲁大学从事 mRNA 与蛋白质相互作用研究工作。从事基于核磁共振波谱技术的药物分析、天然产物结构鉴定、活性筛选等研究工作。主持国家自然科学基金面上项目及国际合作等项目和湖北省“杰青项目”。以通讯作者或第一作者在 JACS, Angew. Chem., Int. Ed., Nucl. Acids Res., ACS Catal., ACS Nano, Org. Lett., Chem. Commun., 《中国科学：化学》，《欧洲化学》，Stem Cells, Org. Chem. Front., J. Nat. Prod., Org. Biomol. Chem., New J. Chem.,《磁共振化学》等期刊上发表系列 SCI 论文。任《Magnetic Resonance in Chemistry》国际编委；《Natural Products and Bioprospecting》编委；《Magnetic Resonance Letters》编委和《波谱学杂志》青年编委；任湖北省药学会理事。获分析测试协会科学奖，组织了两次国际学术会议，在全国性和国际性学术会议上做报告 20 余次。

林月潇 硕士研究生

中南民族大学

林月潇 中南民族大学 硕士研究生 药物分析方向

李佳倩 硕士研究生

中南民族大学

李佳倩 中南民族大学 硕士研究生 药物分析方向

秦四勇 副教授

中南民族大学

秦四勇，男，博士，副教授，生物材料方向，毕业于武汉大学，2015 年入职中南民族大学。主要从事小分子自组装构建微、纳米材料及其在生物医学方面的应用。主持国家自然科学基金、湖北省面上基金以及国家教育部学术创新等科研项目近 10 项。已在 Angew. Chem., Int. Ed., ACS Nano, Adv. Funct. Mater., Small, Biomaterials, Chem. Commun., Nanoscale, Nano Research, Adv. Sci. 等国际期刊上发表有关分子自组装、药物分子结构检测、癌症靶向治疗等方面学术论文近 60 篇，申请发明专利 4 项，授权 3 项。曾获得湖北省优秀博士学位论文、教育部武汉大学博士学术新人奖等。