小宝 探花 南科大团队建议手性硼分子合成圭臬, 能用于生物成像和三维知道

近日小宝 探花，南边科技大学何川教会和团队开荒出一种全新的硼手性 BODIPY 分子合成圭臬，并展示了这些分子的光物感性质卓越在手性识别等方面的潜在价值。

总的来说，这项参谋科罚了手性 BODIPY 卓越干系染料在化学边界存在的经久挑战，让快速开荒骨架种种化高性能的手性染料成为可能。

图 | 何川（来源：何川）

具体来讲：

其一，他们开荒出一种模块化的不合称催化合成圭臬。该圭臬具有很好的普适性，所合成的硼手性 BODIPY 繁衍物具有素雅的产率和优异的对映取舍性。

参谋中，通过时骗钯催化的铃木交叉偶联反应，好像高效地在 BODIPY 骨架上引入硼手性中心。

与传统拆分圭臬不同的是：在分子联想中，本圭臬能对硼手性中心达成精确限度，并能生动地出动 BODIPY 骨架的取代基，从而大幅膨胀硼手性 BODIPY 分子的结构种种性。

何川示意，这种合成圭臬具备后果高、通用性强、对映取舍性高的本性，糟塌了已有合成技能的局限。

其二，他们发现本圭臬合成的硼手性 BODIPY 分子展现出独有的光物感性质，比如其具有可出动的辐射波长和荧光量子产率。

比拟传统的 BODIPY 分子，这些分子不仅同样具有优异的光学雄厚性，而且由于其领有硼手性中心故能展现出独有的手性光学性质，进而有望在手性光学器件中达成一定应用价值。

其三，他们还发现关于硼手性 BODIPY 分子来说，它不错充任一种荧光探针，从而针敌手性分子进行识别。

在硼手性 BODIPY 骨架中，其所领有的 C-Cl 化学键不错与亲核性的氨基酸酯发生反应，而且能对 L 构型和 D 构型的氨基酸产生判辨的取舍性。

这意味着，将来有望将硼手性 BODIPY 分子用于检测复杂生物体系中的手性分子。

其四，通过参谋分子结构和反应机理，让他们得以深切贯通硼手性中心的雄厚性。据何川先容，在结构上这类四配位硼化合物容易发生硼原子的配位解离从而导致消旋化。

可是，本次合成圭臬能在分子之中引入特定的立体位阻，从而显贵普及硼手性中心的雄厚性，进而能为联想更多的雄厚手性硼化合物奠定基础。

刻下，具有圆偏振发光的手性光学功能材料，正在受到光子技能边界的关爱，并有望用于光电缔造、手性传感器、三维光学成像等应用场景之中。

而该课题组研发的分子，在手性传感、生物成像、信息加密以及固态发光材料方面具有世俗的后劲。

基于此，将来该团队但愿这些硼手性 BODIPY 分子能在以下四个边界达成应用。

领先，用于手性传感和分子识别。

硼手性 BODIPY 分子具有独有的骨架结构，其由硼原子来提供手性环境，BODIPY 骨架上存在的特定反应位点，能与野心分子发生特异性的互相作用，从而达成手性识别。

此外，BODIPY 染料莫得细胞毒性，即使在复杂体系中也有望针对某一构型的特定野心分子达成特异性识别。

其次，用于手性荧光标识。

通过本圭臬不错在 BODIPY 骨架上引入多种具有活性的反应位点，而这些位点不错靶向特定的卵白质。

由于 BODIPY 探针和生物卵白质齐具有手性，因此在手性环境下有望产生特异性的反应取舍性，从而达成手性荧光标识，进而为复杂生物体系的荧光成像带来匡助。

再次，用于手性发光与三维知道技能。

何川示意，具有圆偏振发光本性的材料，在生物探针、三维知道、信息存储与处理、圆偏振光辐射激光器以及光催化不合称合成等边界具有宽绰的应用远景。

关联词，现在具有圆偏振光辐射反映的 BODIPY 化合物数目依旧十分有限。本参谋将硼手性 BODIPY 的合成圭臬一举买通，让最小的 BODIPY 骨架也能具备手性本性。

同期，他们发现部分合成的 BODIPY 化合物展现出判辨的圆偏振光辐射反映性，这为上述应用远景的落地开辟了新可能，即凭借硼手性 BODIPY 的独有结构，其将在三维知道、信息加密和光电材料等方面确认较大价值。

临了，用于制备手性光催化剂。

BODIPY 具有优异的光物感性质，在被激励到三线态之后，好像通过能量动荡或单电子动荡的形势，来让底物达成活化，也就是说它不错充任手性光催化剂的作用。

详备来说，当科罚硼手性 BODIPY 的合成问题之后，就能进一步将其与催化活性片断加以麇集，从而联想出具备硼手性的 BODIPY 光催化剂。通过硼原子的手性环境进行手性同样，这类手性光催化剂将有望用于不合称催化合成。

横亘在硼手性 BODIPY 眼前的“三座大山”

手性，是当然界的基本属性。DNA、糖类、氨基酸、卵白质等好多生物分子齐具有手性。

关联词，现存的荧光探针和生物传感器大多黑白手性的，无法在复杂的生物体系中精确地识别和反映手性分子。

因此，开荒具有手性结构的发光材料，尤其是开荒能在生物复杂体系中达成贤达检测的荧光探针材料，具有热切的参谋风趣和应用价值。

氟硼二吡咯（BODIPY），是一种由双吡咯螯合酿成的 N，N-π-共轭四配位有机硼化合物，亦然一种热切的荧光染料。

凭借优异的光物感性能、素雅的生物相容性、易于合成和易于修饰等优点，BODIPY 已被用于荧光探针、生物成像、光电材料和光催化剂等边界。

可是，此前只消少许论文报说念过具有硼中心手性的 BODIPY 化合物。遴荐催化不合称的合成形势来达成硼手性 BODIPY 的合成一直以来面对着三大挑战：结构种种性受到法例、有用的合成圭臬稀缺、四配位硼构型不雄厚导致硼中心手性立体取舍性难以限度。

基于此，若何开荒一款高效的催化不合称圭臬，以便打造结构种种性的硼手性 BODIPY，成为了何川团队在本次参谋中的野心。

科研之良方：生动变通和学科互补

参谋开始，针敌手性光学材料的参谋近况和 BODIPY 分子在光化学中的应用，何川等东说念主进行了充分调研，由此贯通到硼手性 BODIPY 具有远大的潜在应用价值，罕见是在手性识别和手性发光这两个边界锦绣出息。

可是，如前所述关于合成硼手性 BODIPY 分子来说，长久存在一些要紧挑战尚未克服。因此，他和团队以为开荒一种高效、快捷的合成圭臬，将是科罚这一问题的要道。

这时，摆在他们眼前的首要野心就是：为硼手性 BODIPY 开荒出一条高效的合成旅途。其后，他们联想了这么一则核神思谋：即通已往对称化反应，在 BODIPY 骨架上引脱手性硼中心。

为此，他们联想出一种双卤素基团去对称计谋的合成决议，不仅能让反应旅途稳健不同类型的底物，还能在保合手高取舍性的同期确保反应条款的任性性和可操作性。

而为了让合成圭臬得到进一步的优化，他们在去对称 Suzuki 偶联反应中，筛选了多种不同的手性配体和反应条款，以确保好像高效地引入硼中心手性。

完成种种取代基的高度官能化硼手性 BODIPY 分子的合成之后，何川和课题组又要点参谋了这些分子在氨基酸酯的手性识别和圆偏振发光中的应用。

流程一系列现实，他们考据了硼手性 BODIPY 分子在半胱氨酸酯识别中的优秀表现，也达成了圆偏振光辐射的反映。

而本次参谋的顺利完成，也离不开该团队的生动变通和学科互补。

参谋初期，他们曾在合成 BODIPY 前手性原料时遭受穷苦。一运转，课题组通过在 BODIPY 骨架上装配溴和碘来构建前手性原料。

关联词，在反应中这些底物表现出极差的取舍性，不仅底物的分离差强东说念见解，催化反应的末端也很不睬思，总共这个词团队也因此堕入热诚低垂。

其后他们出动计谋运转在 BODIPY 骨架上装配氯原子。“起初全球并不在乎这个调动，可是出乎料思的是这个反应尽然尽头顺利，氯原子的引入让反应表现出优异的取舍性。”何川说。

恰是这一溜变，让他们在开展对映取舍性优化时，得以快速成绩理思的末端。

前边提到，手性 BODIPY 骨架的结构种种性是本次责任的一大亮点。不外，要思系统性地表现这种种种性并非易事。于是，他们筹算通过数学模子来更直不雅地证明这一风光。

其后，何川的学生通过查阅干系而已，并主动向数学专科的同学乞助。通过此，他们找到一种使用 Polya 定理来表现手性 BODIPY 分子种种性的圭臬。

“这种跨学科交叉不仅丰富了咱们关于手性硼化学的贯通，也让学生们体会到学科之间的互相启发是鼓动科研立异的要道，同期也让咱们在数学和化学的交织处开拓了新视线。”何川示意。

日前，干系论文以《多取代硼手性 BODIPY 的模块化对映取舍性拼装》（Modular enantioselective assembly of multi-substituted boron-stereogenic BODIPYs）为题发在 Nature Chemistry（IF 19.2）。

南边科技大学博士生任李庆、参谋助理占保权是共归并作，何川担任通信作家 [1]。

图 | 干系论文（来源：Nature Chemistry）

开荒近红外手性探针、开荒手性光催化剂、以及达成硼手性 BODIPY 的买卖化，是何川的下一步野心。

在开荒近红外手性探针上：

其示意近红外窗口是生物成像中尽头热切的光谱区域，近红外光不错更深切地穿透生物组织，从而达成高离别率的深层组织成像。

而 BODIPY 染料在荧光成像边界有着世俗的应用，因此他和团队琢磨进一要领整硼手性 BODIPY 分子的结构，使其在近红外窗口表现出优异的荧光性能，开荒近红外的硼手性 BODIPY 染料与探针。

在开荒手性光催化剂上：

其示意看成一种优秀的光敏剂，BODIPY 染料已被世俗用于光催化反应之中。而本次研发的硼手性 BODIPY 化合物的光敏基团自己就具有手性环境，因此在手性同样方面可能会有独有上风，瞻望由此开荒的硼手性 BODIPY 光催化剂也将别具特色。

在达成硼手性 BODIPY 的买卖化上：

其示意要思果真确认硼手性 BODIPY 化合物的独有应用价值，就得鼓动其达成买卖化。而单靠一个课题组的力量，昭着无法统统开荒出它的一齐后劲。

因此，何川琢磨将这些硼手性 BODIPY 化合物看成合成砌块进行买卖化实行，让总共科学家齐好像任性取得和使用这些分子小宝 探花，从而加快其潜在价值的开荒。