今天給大家分享一篇利用指示劑位移法和比色法進(jìn)行手性識(shí)別的文獻(xiàn)，本文的通訊作者是德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Eric V. Anslyn教授(PNAS | 用于甘油酯區(qū)域和立體選擇性鑒定和定量區(qū)分的探針)。
作者之前報(bào)道了用二醇和硼酸之間的平衡來(lái)創(chuàng)建比色測(cè)定法，以檢測(cè)手性二醇和α-羥基羧酸的ee值。使用手性硼酸宿主，這些研究利用了指示劑置換測(cè)定法（IDA）來(lái)產(chǎn)生不同的對(duì)映體二醇的顏色。IDA使用比色或熒光探針，通常是pH指示劑（I），當(dāng)與宿主（H）結(jié)合時(shí)，與在溶液中游離時(shí)相比，其光信號(hào)有所不同。如圖1A所示，添加了一個(gè)客體導(dǎo)致指示器位移，其光信號(hào)又發(fā)生變化。
作者利用OsO4或m-CPBA和IDA來(lái)開(kāi)發(fā)烯烴的二羥基化反應(yīng)，以確定未知混合物或各種反應(yīng)中順式或反式烯烴的百分比。使用2-吡咯烷基甲基-苯基硼酸作為主體（H）和鄰苯二酚紫作為指示劑（PV），所得的1,2-二醇將取代指示劑與主體-指示劑的配合物，從而改變顏色。由順式和反式烯烴以立體有擇方式生成的非對(duì)映體二醇對(duì)H的親和力不同。使用OsO4對(duì)順式烯烴進(jìn)行二羥基化反應(yīng)會(huì)生成赤型二醇，預(yù)計(jì)這將不利于宿主–在環(huán)狀硼酸酯中，當(dāng)R-基團(tuán)彼此順式時(shí)，由于空間相互作用而引起的客體絡(luò)合（圖1 B）。相反，當(dāng)使用OsO4時(shí)，反式烯烴會(huì)生成蘇糖二醇，這會(huì)使R-基團(tuán)在硼酸酯的形成過(guò)程中相互轉(zhuǎn)化。因此，預(yù)計(jì)反式烯烴與順式烯烴相比，其對(duì)應(yīng)的二醇具有更大的親和力，從而導(dǎo)致指示劑從主體中移出更大，進(jìn)而導(dǎo)致更大的顏色變化（圖1B）。預(yù)計(jì)使用m-CPBA作為氧化劑會(huì)導(dǎo)致對(duì)順式和反式烯烴衍生的二醇的反應(yīng)相反。
根據(jù)先前確定手性二醇ee的工作，選擇IDA的指示劑是鄰苯二酚紫（PV）。為了優(yōu)化IDA方案，以衍生自烯烴的二醇，首先篩選了溶劑條件。根據(jù)已知在類(lèi)似質(zhì)子溶劑中鄰氨基取代的硼酸的pKa值，選擇IDA的弱堿性pH值，因?yàn)閜H值會(huì)增強(qiáng)結(jié)合力。在這些條件下，UV用紫外分光光度法滴定PV，以測(cè)定結(jié)合常數(shù)以及宿主和后續(xù)IDA指示劑的最佳濃度（圖2）。選擇PV（0.15 mM）和H（0.4 mM）的濃度是因?yàn)橹甘緞┮驯换|(zhì)飽和約90％，因此在添加由烯烴生成的二醇后，信號(hào)的逆轉(zhuǎn)將具有較大的動(dòng)態(tài)范圍。
對(duì)7組異構(gòu)烯烴（表1）進(jìn)行OsO4合成，以同時(shí)生成蘇糖醇和赤豆二醇。反式烯烴（或E）生成蘇二醇，而順式烯烴（或Z）則生成赤二醇。使用這些二醇，使用H和PV進(jìn)行UV / Vis滴定研究，并使用適合IDA的擬合程序確定它們的結(jié)合常數(shù)（圖2）。圖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的優(yōu)先結(jié)合。圖2D顯示了兩個(gè)IDA等溫線的顯著差異。此外，隨著G2TH將指示器從主機(jī)上移開(kāi)，可以從視覺(jué)上注意到溶液從紅色變?yōu)辄S色。相反，對(duì)于G2ER，沒(méi)有可見(jiàn)的顏色變化（圖4）。
作者將要使用的不同二醇組的濃度給出最大的顏色差異。例如，使用G2TH / G2ER設(shè)置，確定該二醇組的最佳濃度為10 mM，對(duì)于G2T / G2C組，轉(zhuǎn)化為10 mM。對(duì)于其他烯烴組，使用了不同的濃度。在分析未知物和反應(yīng)之前，使用每組烯烴的不同混合物生成校準(zhǔn)曲線，范圍從0：100順式/反式烯烴到100：0順式/反式烯烴，增量為10。對(duì)于每種烯烴，校準(zhǔn)曲線不是線性的，而是有明顯的曲率。在高百分比的蘇糖二醇中（如由OsO4與反式烯烴形成的混合物），IDA的動(dòng)態(tài)范圍較大，而在過(guò)量赤蘚二醇中蘇糖二醇的百分比變化顯示出較小的光學(xué)變化。這是預(yù)料之中的，因?yàn)槌嘈投疾粫?huì)取代指示劑，并且直到混合物中的蘇式二醇含量足夠高（≥0.5以上）時(shí)，才會(huì)發(fā)生顯著的光學(xué)響應(yīng)。
為了探索兩步方案的非對(duì)映選擇性，使用m-CPBA進(jìn)行G2T和G2C的二羥基化，然后使用KOH開(kāi)環(huán)（圖3A和3B）。正如從OsO4和m-CPBA氧化的相反立體定向所預(yù)期的那樣，兩條校準(zhǔn)曲線是垂直線在赤分二醇含量為0.5時(shí)的鏡像。因此，為了產(chǎn)生足夠大百分比的蘇糖二醇以產(chǎn)生顯著的光學(xué)響應(yīng)，需要基于烯烴的立體化學(xué)選擇合適的氧化劑。
接下來(lái)使用兩個(gè)96孔板開(kāi)發(fā)了一個(gè)兩步方案。選擇OsO4作為氧化劑，選擇G2T / G2C和G3T / G3C作為烯烴（分別為10和30μmM）。OsO4氧化后，將反應(yīng)板的孔用亞硫酸氫鈉淬滅，然后將溶液轉(zhuǎn)移至含有96孔玻璃板的二氧化硅中并通過(guò)其過(guò)濾，以純化NaHSO3其他副產(chǎn)物中的Os產(chǎn)物。使用Genevac除去溶劑，然后將殘留物重新溶解并轉(zhuǎn)移至包含H和PV的篩板。將僅缺少烯烴存在的空白樣品進(jìn)行操作，以用作對(duì)照樣品。此外還驗(yàn)證了在二氧化硅純化步驟中去除了副產(chǎn)物，沒(méi)有殘留的Os產(chǎn)物。
作者還著手改變包含宿主-指示劑復(fù)合物和釋放的游離指示劑的溶液的視覺(jué)顏色。主體-指示劑復(fù)合物（H：PV）為紅色。添加綠色染料使溶液變成橙色，而添加藍(lán)綠色染料則得到灰色溶液。加入赤型二醇（H：PV + G2ER）后，溶液仍保持其原始顏色。但是，添加蘇糖二醇（H：PV + G2TH）后，溶液分別從紅色變成黃色，從橙色變成石灰綠色，從灰色變成亮綠色（圖4）。無(wú)需額外的合成即可完成不同的比色響應(yīng)，并且可以進(jìn)行調(diào)整以更改IDA的外觀，從而最適合自己的眼睛。
文章引用：DOI: 10.1002/anie.202101004
