手性化合物在药物，农药，食品添加剂，香料中都广泛存在，同时也是先进手性材料的关键组成部分。如何分离提纯单一对映体，长久以来一直是科学家努力的方向。结晶拆分法操作简单、成本低，仍然是目前大部分手性药物及其中间体最重要的生产方式。Lahav等人在上世纪八十年代提出逆向结晶法，通过加入“量身定制”的聚合物抑制剂，抑制与之相同构型的底物结晶。相反构型底物不受影响而较快析出。一定程度上扩大了拆分范围，提高了晶体光学纯度及产率。然而，到目前为止绝大多数的抑制剂都是通过单体聚合而来，其合成困难，官能团耐受度有限，不利于高通量的结构筛选；且想要获得另一构型底物需要重头合成相反构型聚合物，成本高，拆分效率低。
图1. 非共价键构筑聚合物抑制剂及其参与的立体选择性结晶过程
近期，宛新华教授和张洁副教授课题组从超分子聚合物的角度出发，利用非共价相互作用，将手性小分子锚定在非手性聚合物主链上，制备了一系列超分子聚合物抑制剂。该工作仅仅改变客体小分子结构实现了对多种“簇集晶体”的高效拆分，此外通过选用合适的客体分子，还实现了传统结晶法无法拆分的“外消旋晶体”谷氨酸及常用抗高血压药物尼莫地平的拆分。另外，该策略不仅适用于水溶液体系，同样也适用于醇类，有机溶剂体系等。通过合理使用各种非共价相互作用，可以预期更多的聚合物添加剂可以被如法炮制。近年来被广泛研究的用于手性拆分的微/钠粒子，有机/无机杂化颗粒或许都可以通过类似的方式进行制备。这将大大促进添加剂辅助的高效立体选择性结晶策略的发展。相关成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20243-20248。北京大学宛新华教授为该工作的通讯作者，第一作者为北京大学博士后叶曦翀。
此外，他们通过协同利用手性添加剂与外消旋底物之间的“立体选择性”与“非立体选择性”相互作用，实现了直接从外消旋底物出发构筑光学纯多层次手性晶体的目标。通过改变添加剂分子量可以改变两种作用力的相对大小，从而调控晶体的分子和宏观手性。这种利用聚合物分子量的手性调控过程，由于不需要从头制备相反构型的添加剂，相比传统方式更为简单、高效。这种策略具有一定的普适性，在使用不同结构添加剂的情况下，实现了多种簇集晶体的选择性结晶和晶体自组装过程。在多数体系中均能获得具有宏观手性形貌的晶体组装体。该策略不仅极大简化了多层次手性晶体的制备方式，且在极低添加量下便能诱导形成高化学纯度、光学纯度的晶体聚集体，为大规模创造光学活性晶体组装体提供了一种可行方案。除此以外，该工作可以提高人们对精准手性识别、跨尺度手性调控、多级手性传递的理解。相关成果发表在Nat. Commun., 2021, 12, 6841。北京大学宛新华教授为该工作的通讯作者，第一作者为北京大学博士后叶曦翀。
图2. 聚合物分子量调控晶体聚集体的分子及宏观手性
该系列工作得到了来自国家自然科学基金委和博士后科学基金等项目的资助。
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