暨南大学李丹/叶文才团队合作Chem：基于「结晶伴侣」的有机分子单晶结构表征新方法
单晶X射线衍射技术可直接测定晶态化合物的三维结构，被认为是最为可靠的确定分子结构的方法。然而，利用单晶X射线衍射技术对分子结构进行表征的一个固有局限是——大小合适、衍射良好的单晶体难以获得。另外，低熔点油状物、微量丰度天然产物等大量非晶态化合物，由于其结晶困难，通常难以通过单晶X射线衍射表征其分子结构。近日， 暨南大学 化学与材料学院 李丹/陆伟刚 教授团队与药学院 叶文才/王英 教授团队合作，发明了一种 促进有机化合物结晶的新方法，可用于单晶结构表征 。
该团队合成了一类高度氟化的吡唑环三核银配合物 Ag3Pz3 作为有机分子的结晶伴侣 (crystalline mate)。结晶伴侣 Ag3Pz3 的Ag3N6配位九元环呈现出显著的π-酸性，可与有机分子发生独特的π-酸•••碱超分子作用，形成有序的超分子聚集体，从而获得包含有机物的单晶。这种基于结晶伴侣共晶的方法不受目标分子大小的限制，可用于各种结构类型难结晶有机分子的精准结构表征。基于该方法，研究团队成功解析了32个不同骨架类型有机分子的精细三维结构，其中多数为天然产物有机分子。 Ag3Pz3 对各种有机分子表现出高度的适应性，可根据目标化合物的分子形状和电荷分布，与有机分子形成4种不同的结合模式：三明治型结合 (sandwich-like binding)、单点结合 (single-site binding)、双点结合 (dual-site binding) 和多点结合 (multi-site binding) (图1)。
图1. 环三核配合物 Ag3Pz3 的结构及其与有机分子的结合模式
有趣的是，结晶伴侣 Ag3Pz3 还可直接用于中药和天然药物提取物中多个化合物一步分别结晶，可以用于单晶结构表征。例如，在药用植物水翁花 ( Cleistocalyx operculatus ) 提取物中加入结晶伴侣 Ag3Pz3 ，经缓慢的溶剂挥发，获得了4种晶胞参数不同的晶体，成功表征了水翁花提取物中5个主要成分的化学结构。其中， Ag3Pz3·29·30 是一个独特的三组分共晶体，晶体结构中同时包含了2个不同结构的天然化合物，再次显示出 Ag3Pz3 作为结晶伴侣的高度适应性 (图2)。通常，中药和天然药物提取物须经历繁琐的色谱分离过程，并通过各种波谱分析对所获得的单体化合物分别进行结构表征。而利用环三核配合物结晶伴侣的方法，可免去繁琐的色谱分离和波谱解析过程，从而实现复杂混合物中多种化合物的一步结构表征。
图2. 水翁花提取物中化学成分的一步结构表征
综上，本研究成果首次建立了基于环三核结晶伴侣的有机分子结构表征新技术，并运用该技术成功实现了黄酮、蒽醌、苯丙素、萜类、甾体、生物碱等类型化合物的单晶结构测定。该环三核结晶伴侣对各类有机分子显示出强大的自适应性，不受有机分子大小的限制，可广泛应用于各类微量 (微克级) 有机分子的单晶结构鉴定，并可用于中药和天然药物提取物中多种化学成分的一步结构表征。由于环三核结晶伴侣的分子结构、电荷分布等都可被合理调控，该结晶伴侣方法有望成为天然产物发现和有机分子结构表征的一种新策略。
相关研究成果在国际化学领域顶级期刊 Chem 上发表。本论文依托暨南大学生物活性分子与成药性优化全国重点实验室， 宋建国 博士为论文的第一作者，化学与材料学院 李丹 教授、 陆伟刚 教授和药学院 叶文才 教授、 王英 教授为论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、珠江人才计划本土创新科研团队项目、广东省基础与应用基础研究重大项目、广东省重点领域研发计划和中国博士后科学基金的资助。
Crystalline mate for structure elucidation of organic molecules
Jian-Guo Song, Ji Zheng, Rong-Jia Wei, Yong-Liang Huang, Jun Jiang, Guo-Hong Ning, Ying Wang, Weigang Lu, Wen-Cai Ye, Dan Li
Chem , 2024 , DOI: 10.1016/j.chempr.2023.12.004
导师介绍
李丹
https://www.x-mol.com/university/faculty/48510
陆伟刚
https://www.x-mol.com/university/faculty/63916
叶文才
https://www.x-mol.com/university/faculty/27115
王英
https://www.x-mol.com/university/faculty/27109
