新方法为探索百年天然环糊精的镜像世界奠定了基础

环糊精(CD)是一类于1891年“诞生”的环状寡糖，它为众多领域开辟了无尽的研究和商业机会，涵盖碳水化合物、超分子(主客体)和分析化学，从学术界的研究实验室到工业领域的产品大规模生产(例如皮肤护理促进剂和药物输送系统)。

尽管人们已经知道它们 130 多年了，但最容易获得的环状同源物是 α-、β- 和 γ-环糊精，它们分别含有六个、七个和八个 D-吡喃葡萄糖基单元。天然环糊精的进化历程表明，尽管环糊精的数量相当有限，但它们的用途却是无限的。

长期以来，科学家一直在探索合成 CD 同源物的新方法(包括化学合成和酶合成)。这些努力包括合成仅含 3、4 和 5 个 D-葡萄糖单元的罕见较小类似物，以及合成含 9 至 12 个 D-葡萄糖单元的罕见较大 CD。

目前所有的CD都是由D-葡萄吡喃基单元作为单体组成的，而镜像CD的合成一直是CD界未竟的目标，限制了其全部潜力的发挥，例如在开发新的超分子传感器和催化剂、手性材料以及创新的药物输送系统和活性药物成分方面。

为了满足这一基础研究领域的需求，由香港大学化学系的 Fraser STODDART 教授和德克萨斯大学阿灵顿分校化学与生物化学系的 Daniel ARMSTRONG 教授领导的合作研究团队开发了一种简便的方法，以高度非对映选择性和可扩展的方式将 L-吡喃葡萄糖单糖连接在一起，从而生产出约半克数量的 α-、β- 和 γ-L-CD。

自 1891 年偶然发现天然对应物以来，L-CD 首次面世，使我们能够阐明固态 β-CD 外消旋体前所未有的手性自分选，并研究 α-L-CD 在水中对对映体客体的手性识别。

该项研究成果在《Nature Synthesis 》杂志上发表并被选为封面文章。丹麦技术大学环糊精专家Sophie BEEREN教授撰写的相应News & Views文章也在同一期刊上发表。

创新设计

该团队设计并合成了两个单糖构建块，它们都带有苯甲酰基作为伯羟基的保护来源，旨在通过远程邻位辅助指导 1,2-顺式 L-葡萄吡喃基键的非对映选择性形成。

为了简化线性寡糖的组装过程，允许单糖和双糖构件以“一锅法”顺序反应，从而仅需最少的中间体分离和保护基操作即可快速构建线性六糖、七糖和八糖。

该团队对分子内糖基化(环化)条件进行了广泛的优化，最终以高产率形成了完全受保护的 α-、β- 和 γ-L-CD。最终整体脱保护最多只需八步，即可从简单且易得的单糖结构块中生成三种 L-CD。

“这项研究展示了合成碳水化合物化学如何丰富 CD 社区目前可用的工具箱，这是 CD 悠久历史上的一个重要里程碑，”弗雷泽·斯托达特爵士教授评论道。

“需要回答的一个基本问题是，L-CD 的非自然立体化学将如何影响那些将 CD 用作药物配方中的赋形剂和活性药物成分的生物医学指导应用?”

研究小组设想，由于天然酶无法识别 L-CD，因此 L-CD 应该比天然化合物具有更高的生物稳定性。

目前，该团队正与生物医学科学家合作，使用不同的细胞系和动物模型系统地评估L-CD的生物学效应，并探索在生物和生物医学研究中的潜在应用。