暨南大學李丹/葉文才團隊合作Chem：基於「結晶伴侶」的有機分子單晶結構表征新方法
單晶X射線繞射技術可直接測定晶態化合物的三維結構，被認為是最為可靠的確定分子結構的方法。然而，利用單晶X射線繞射技術對分子結構進行表征的一個固有局限是——大小合適、繞射良好的單晶體難以獲得。另外，低熔點油狀物、微量豐度天然產物等大量非晶態化合物，由於其結晶困難，通常難以透過單晶X射線繞射表征其分子結構。近日， 暨南大學 化學與材料學院 李丹/陸偉剛 教授團隊與藥學院 葉文才/王英 教授團隊合作，發明了一種 促進有機化合物結晶的新方法，可用於單晶結構表征 。
該團隊合成了一類高度氟化的吡唑環三核銀配合物 Ag3Pz3 作為有機分子的結晶伴侶 (crystalline mate)。結晶伴侶 Ag3Pz3 的Ag3N6配位九元環呈現出顯著的π-酸性，可與有機分子發生獨特的π-酸•••堿超分子作用，形成有序的超分子聚集體，從而獲得包含有機物的單晶。這種基於結晶伴侶共晶的方法不受目標分子大小的限制，可用於各種結構類別難結晶有機分子的精準結構表征。基於該方法，研究團隊成功解析了32個不同骨架類別有機分子的精細三維結構，其中多數為天然產物有機分子。 Ag3Pz3 對各種有機分子表現出高度的適應力，可根據目標化合物的分子形狀和電荷分布，與有機分子形成4種不同的結合模式：三明治型結合 (sandwich-like binding)、單點結合 (single-site binding)、雙點結合 (dual-site binding) 和多點結合 (multi-site binding) (圖1)。
圖1. 環三核配合物 Ag3Pz3 的結構及其與有機分子的結合模式
有趣的是，結晶伴侶 Ag3Pz3 還可直接用於中藥和天然藥物萃取物中多個化合物一步分別結晶，可以用於單晶結構表征。例如，在藥用植物水翁花 ( Cleistocalyx operculatus ) 萃取物中加入結晶伴侶 Ag3Pz3 ，經緩慢的溶劑揮發，獲得了4種晶胞參數不同的晶體，成功表征了水翁花萃取物中5個主要成分的化學結構。其中， Ag3Pz3·29·30 是一個獨特的三組分共晶體，晶體結構中同時包含了2個不同結構的天然化合物，再次顯示出 Ag3Pz3 作為結晶伴侶的高度適應力 (圖2)。通常，中藥和天然藥物萃取物須經歷繁瑣的色譜分離過程，並透過各種波譜分析對所獲得的單體化合物分別進行結構表征。而利用環三核配合物結晶伴侶的方法，可免去繁瑣的色譜分離和波譜解析過程，從而實作復雜混合物中多種化合物的一步結構表征。
圖2. 水翁花萃取物中化學成分的一步結構表征
綜上，本研究成果首次建立了基於環三核結晶伴侶的有機分子結構表征新技術，並運用該技術成功實作了黃酮、蒽醌、苯丙素、萜類、甾體、生物堿等類別化合物的單晶結構測定。該環三核結晶伴侶對各類有機分子顯示出強大的自適應力，不受有機分子大小的限制，可廣泛套用於各類微量 (微克級) 有機分子的單晶結構鑒定，並可用於中藥和天然藥物萃取物中多種化學成分的一步結構表征。由於環三核結晶伴侶的分子結構、電荷分布等都可被合理調控，該結晶伴侶方法有望成為天然產物發現和有機分子結構表征的一種新策略。
相關研究成果在國際化學領域頂級期刊 Chem 上發表。本論文依托暨南大學生物活性分子與成藥性最佳化全國重點實驗室， 宋建國 博士為論文的第一作者，化學與材料學院 李丹 教授、 陸偉剛 教授和藥學院 葉文才 教授、 王英 教授為論文的共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、珠江人才計劃本土創新科研團隊專案、廣東省基礎與套用基礎研究重大專案、廣東省重點領域研發計劃和中國博士後科學基金的資助。
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
導師介紹
李丹
https://www.x-mol.com/university/faculty/48510
陸偉剛
https://www.x-mol.com/university/faculty/63916
葉文才
https://www.x-mol.com/university/faculty/27115
王英
https://www.x-mol.com/university/faculty/27109
