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一个典型的构建单分子混合物模型的流程如图1所示,首先,设计并制备基本模块单元,然后将这些模块单元进行化学拼接,得到单分子混合物模型体系。这其中,基本模块单元的设计及其拼接方法是至关重要的。
图1 单分子混合构建的基本流程
在前面的讨论中,我们所设计的基本模块单元为取代的甘露醇,拼接方式为醚化反应,这一体系在实际合成中可能面临的最大问题是醚化反应的效率不够高,可能会影响构建效率及产品的纯度。因而,有必要考虑其它的模块及拼接方式。
在最近的工作中,我又进一步考虑了采用糖砌块作为基本模块,采用化学糖苷化方法作为作为拼接方法的可行性,经过综合考虑,发现糖链是构建单分子混合物模型的理想骨架材料。其主要原因在于:1)带有各类保护基的单糖砌块的合成方法较为成熟;2)采用化学糖苷化方法拼接单糖砌块的技术比较成熟可靠;3)所合成的取代糖链的纯化及表征技术都比较成熟可靠。因而,糖合成技术在单分子混合物科学的发展过程中将起到关键的作用。
下面,我以一个具体的例子来说明基于糖链骨架的单分子混合物体系的构建。
图2 一个基于糖链骨架的单分子混合物模型体系
所构建的单分子混合物模型如图2所示,其基本骨架由聚葡萄糖链组成,其中的每个糖上可以连接三个不同的取代基R,根据计算,每个R的异构体数目为13950种,呈等概率随机分布。(由于取代基的结构差别极为微小,因而,这些糖砌块的合成及拼接中,取代基的不同及异构体数目的众多对于反应及纯化过程的影响很小,其实验与采用纯净物作原料时基本相同。)
图3 相关计算结果
对于不同聚合数目(m)的糖链,其分子量及异构体数目如图3所示。从图中可以看出,当m = 4时,该体系的异构体数目已经高达5.431*1049种,根据计算(计算方法及计算公式参见文献:Int. J. Mol. Sci. 2024, 25(14), 7571),这个数目,相对于通常的制备规模(不超过1 mmol),已经足以保证产物呈单分子混合物状态分布。
从这个例子可以看出,在单分子混合物体系的构建过程中,糖链是一种理想的骨架材料,糖科学方面的知识对于单分子混合物体系的构建将起到重要作用,糖科学家在单分子混合物研究领域面临着广阔的发展机遇!
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GMT+8, 2024-11-22 06:49
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