Weak-Link 어프로치

Weak-Link Approach
WLA Schematic alt text
그림 1WLA의 개요

WLA(Weak-Link 어프로치)는 Northwestern [1]University의 Mirkin Group에 의해 1998년에 처음 도입된 초분자 조정 기반의 조립 방법론입니다.이 방법은 금속의 중심에 맞춰 조정하고 하나의 응축된 '닫힌' 구조로 정량적으로 조립할 수 있는 강한 결합 부분과 약한 결합 부분을 모두 포함하는 헤밀라빌 리간드를 이용한다(그림 1).다른 초분자 조립 방법과 달리, WLA는 구조 금속 중심에서 알로스테릭 이펙터의 가역 결합을 통해 단단한 '닫힌' 구조에서 유연한 '열린' 구조로 변조될 수 있는 초분자 복합체의 합성을 허용합니다.이 접근법은 일반적이며 촉매 작용 및 알로스테릭 조절에 유용한 금속 중심 및 배위자 설계를 포함한 다양한 금속 중심 및 배위자 설계에 적용되어 왔다.

Weak-Link 어프로치의 컴포넌트

초분자 구조의 현장 제어를 가능하게 하는 WLA 방법론에는 1) 반분자 리간드의 활용, 2) 금속 중심 선택, 3) 알로스테릭 이펙터의 유형 등 세 가지 주요 구성요소가 있습니다.

WLA Conformations alt text
그림 2WLA에 근거한 초분자 아키텍처의 개폐.

WLA에서 사용되는 헤밀라빌 리간드

WLA의 주요 구성요소는 반미라빌 리간드의 [2][3]사용이다.헤밀라빌 배위자는 X와 Y로 표시된 적어도 두 가지 유형의 결합기를 포함하는 폴리덴트산 킬레이트이다(그림2).첫 번째 그룹(X)은 금속 중심에 강하게 결합하는 반면, 다른 그룹(Y)은 약하게 결합하며 배위자 또는 용제 분자(Z)를 조정함으로써 쉽게 치환됩니다.이와 같이 치환연성군(Y)은 금속중심으로부터 변위할 수 있지만, 반동에 이용 가능한 상태를 유지할 수 있다.WLA 생성 구조의 경우 전형적인 리간드 설계는 포스핀 기반 강결합기와 O, S, Se 또는 N을 포함하는 약결합기로 구성된다. 보다 최근의 보고에서는 N-헤테로사이클릭 카르벤(NHC)을 강결합 부분으로 사용했다.NHC와 포스핀 기반의 헤밀라빌레 리간드를 조합하여 이종화 [4]복합체 및[5] 매크로 사이클을 성공적으로 합성함으로써 정교한 기능을 가진 보다 복잡한 아키텍처에 접근할 수 있게 되었다.

WLA에서 사용되는 금속 센터

Hemilabile 리간드와 d8 금속 이온 간의 반응에 대한 이해가 잘 발달되어 있기 때문에 WLA는 방법론에서 이러한 유형의 금속 중심에 광범위하게 의존해 왔다.초기 보고서는 Rh(I)[1]의 사용에 초점을 맞췄지만 Ir(I),[6] Ni(II),[7] Pd(II)[8] 및 Pt(II)[9]의 사용은 모두 성공적으로 이루어졌다.WLA 문헌에서는 d 금속 중심이 지배하고 있지만8 d Ru(II)[10]와9 d Cu(I)[11]도6 사용되고 있습니다.중요한 것은 금속 중심 선택이 다양한 알로스테릭 이펙터의 식별성과 선택성을 조정한다는 것입니다.

그림 3보조 [12]배위자의 가역 결합을 제어하는 이펙터로서 산화환원 화학을 이용한 최초의 WLA 복합체.

WLA 내 알로스테릭 이펙터의 종류

Hemilabile 배위자의 사용은 WLA를 통해 합성된 구조적 모티브가 생물학에서 알로스테릭 효소와 매우 유사한 작은 분자 효과 인자로 수정될 수 있도록 한다.위와 같이 약한 Y-M 결합은 Cl, CO, CHCN3, RCO2− 및 다양한 질화/이소니트릴을 포함한− 배위 배위자에 의해 쉽게 치환될 수 있다(그림2).전형적인 WLA 구조는 약하게 결합하는 Y 부분보다 금속 중심에 대한 알로스테릭 이펙터의 강한 친화력에 의존합니다.이러한 이펙터의 도입에 따라 폐쇄적이고 견고한 구조물은 보다 유연한 형태로 개방됩니다.닫힌 구조는 비배위 은 및 탈륨 소금과 같은 할로겐화물 추상제나 반응 챔버를 배출하여 용제 또는 소분자를 제거함으로써 제 자리에서 재형성될 수 있습니다.최근 진행에 따르면 WLA 리간드에 펜던트 레독스 활성 전이 금속기를 포함하면 원위 금속 부위의 산화 및 환원을 통해 레독스 비활성 Pt(II) 중심으로의 보조 리간드의 결합을 제어할 수 있다(그림 3).[12]이 발견은 새로운 자극 반응 물질의 설계를 위해 새로운 형태의 자극이 WLA에 통합될 수 있다는 것을 강조한다.

WLA Architectures alt text
그림 4cis-WLA 복합체와 조합할 수 있는 공통 아키텍처.회색, 분홍색, 주황색 구는 각각 전이 금속 이온, 강한 결합 부분, 약한 결합 부분을 나타냅니다.

Weak-Link 어프로치를 통해 조립된 알로스테릭 구조의 클래스

WLA의 일반성과 다수의 기능군을 수용할 수 있는 WLA의 능력은 분자 및 초분자 구조의 원활한 합성을 가능하게 했습니다.이러한 구조는 1) cis-WLA 복합체와 2) trans-WLA 복합체의 배위 기하학에 기초하여 크게 두 가지 종류의 화합물로 분류할 수 있다.

cis-WLA 착화체

지금까지 합성된 WLA 아키텍처의 대부분은 cis-WLA 복합체로 분류할 수 있습니다.강결합 부분은 강결합의 동일성에 관계없이 이러한 복합체의 금속 중심 주위에 시스 좌표 형상을 채택합니다.예를 들어, 그림 3에 표시된 헤테로화 복합체는 강한 결합 성분인 NHC-군과 포스피노-군이 서로 상대적으로 시스이기 때문에 시스-WLA 복합체로 이해된다.이러한 복합체를 사용하여 분자 핀셋, 매크로 사이클 및 삼중층 구조가 모두 성공적으로 합성되었습니다(그림 4).2017년 미르킨 그룹은 WLA 접근 [13]복합체를 포함하는 무한 배위 고분자 입자를 보고했다.확장된 구조는 2차 Terpyridine 그룹을 WLA 서브유닛 내의 헤밀라빌 리간드에 추가하고 Fe(II) 이온을 선택적으로 결합할 수 있도록 함으로써 성공적으로 얻어졌다(그림 5).

그림 5무한 배위 고분자(왼쪽)와 구조 상태 간 전환과 관련된 입자 형태학(오른쪽)[13]에 대한 WLA 서브유닛의 배위 기반 어셈블리의 도식적 표현.

트랜스WLA 복합체

최초의 WLA 횡단 복합체는 2017년에 [14]미르킨 그룹에 의해 보고되었다.이 복합체에서는 2개의 NHC 그룹이 헤밀라빌레 배위자의 이미다졸 고리에 입체적으로 부피가 큰 tert-부틸기를 추가함으로써 Pd(II) 금속 중심 주위에 트랜스배위 형상을 채택한다.이펙터 바인딩 시 최대 9Ω의 선형 변화가 관찰되었습니다(그림 6).지금까지 이 분자 복합체만이 트랜스 WLA 복합체를 이용한 것으로 보고되었다.

그림 6.선형 변화 염화 바인딩에 trans-WLA 단지에서 관찰했다.[14]

기능성 알로스테릭 구조의 예

초분자의 구조에 다른 자리 입체성 조절은 WLA을 통해 특히고 합성 소설, 단지의 형태는 촉매의 활동을 조절하 bioinspired 촉매 시스템 설계의 맥락에서 중요한 생성된.다른 촉매의 모티브의 WLA고 촉매 활성을 조정하기 위해 사용할 수 있는 제어 메커니즘에 대한 논의를 통해 지어졌다 아래는 일련:.

WLA ELISA Mimic alt text
그림 7. 효소 면역 측정법의 에스테르 교환을 위한 di-Zn(2세)-salen macrocycle을 사용하여.[15]

ELISA 모방체

첫번째 촉매 반응으로 활발한 초분자의 구조는 WLA을 통해 발생하는 메커니즘을 효소적 연계 ImmunoSorbent 에세이(효소 면역 측정법)에 의해 영감을 받은을 통해 작동하도록 설계되었다.[16]그러한 초분자의 시스템에서, 목표를 붙여는 가까워지거나 형광 화학 발광의. 출력을 생성하는 촉매 대상 단지를 만듭니다.예를 들어,homologatedWLA-based Rh(나는)장세 대형 구조 2-(hydroxypropyl)-p-nitrophenyl 인산(HPNP), RNA(그림 7)의 모델 기질의 가수 분해에게 완전히 가역 효율적인 다른 자리 입체성 변조기로pyridine-bisimine Zn(2세)moieties이고 행동을 통합 개발되고 있다.[15]는 촉매 반응으로 비활동적인 주에서 한명을 매우 높은 가역 패션에서 활동할 중요하게도, 구조적인 변화 작은 분자 규제 당국 Cl−과 카이 트리아 오닐에 의해 야기되는 전환 이 시스템이다.또한 이 시스템 염화 음이온을 감지하는 것에 매우 민감한 플랫폼이다.그 Rh(나는)센터에 염화 결속시킨 복합, 가수 분해 일어날 수 있어 열렸다.는 반응(p-nitrophenolate)의 가수 분해 제품 UV-vis 분광기가 뒤따를 수 있다.효소 면역 측정법에서처럼,WLA-generated의 파리와 탐지에 활용할 수 있는 큰 형광 판독을 목표(염화 음이온)의 작은 양을 취할 수 있다.

이 단지의 촉매 연구를 기반으로 하게 될 수 있는 몇가지 주목할 만한 결론이다.첫번째는 닫힌 단지 완전히 가수 분해 조건에서 침체되어 있다.둘째, 개방된 단지며 양적으로 40분 만에 모든 HPNP 기질 hydrolyzing 수 있는 활동적입니다.N을 용액에 기포시키는2 것만으로 폐착체의 개질이나 불활성 촉매의 발생을 실현할 수 있다.

WLA PCR Mimic alt text
그림 8아세테이트 [17]검출의 맥락에서 PCR-Mimic에 대해 제안된 캐스케이드 메커니즘.

PCR 모방체

중합효소 연쇄반응(PCR)은 생화학 및 분자생물학에서 핵산 타깃의 특정 영역을 복사함으로써 핵산을 기하급수적으로 증폭시키는 데 이용된다.진단 프로브와 결합하면 매우 희박한 조건에서 소량의 분자 집합을 검출할 수 있습니다.PCR의 한계는 핵산 표적에서만 작동하며 다른 표적 분자 후보에 대한 PCR의 알려진 유사체가 없다는 것이다.

WLA를 사용하여 이러한 유형의 표적 증폭 접근방식은 비생물 시스템에서 예시되었습니다.초분자 어셈블리에 Zn(II)-살렌 리간드를 배합함으로써 초산무수물과 피리딜카르비놀을 기질로 하는 아실전달 반응을 [17]연구했다.아세테이트가 없을 경우 촉매 활성은 거의 없습니다.소량의 테트라부틸암모늄 아세트산염이 구조적 조절 부위의 두 개의 로듐 중심에서 비활성 복합체와 반응하면 개방 공동 복합체로 변환되어 반응을 촉매한다(그림 8).

반응 초기에는 소량의 촉매만 활성화된다.반응이 진행됨에 따라 더 많은 아세테이트가 생성되고, 이는 더 활성화된 복합체의 형성과 점진적으로 더 빠른 촉매작용으로 이어진다.이러한 동작은 PCR을 포함한 캐스케이드 반응의 전형적인 형태입니다.촉매가 신호 증폭기를 생성한 이전 예와 달리, 이 촉매는 표적 아세테이트를 더 많이 복사하는 표적 증폭기입니다.가스 크로마토그래피에 의한 반응에 따라 생성물의 생성은 PCR과 같은 캐스케이드 반응계를 나타내는 S자 곡선을 따르는 것으로 관찰된다.

Triple Layer Catalyst Design
그림 9.γ-카프로락톤의 [18]촉매 생활 중합 조절을 위한 알로스테릭 초분자 3층 복합체 모델.

삼층 구조

또한 완전히 꺼질 수 있는 단일 금속 촉매를 포함할 수 있는 촉매 구조를 설계해야 했습니다.이를 위해 두 개의 전이 금속 노드, 두 개의 화학 불활성 블록 외부 층 및 단일 촉매 활성 내부 배위자로 구성된 삼중층 모티브가 개발되었습니다.이 복합체는 WLA 및 할로겐화 유도 리간드 재배열 과정을 이용하여 합성되었으며, 3층 구조를 조립 및 분해하는 소분자 또는 원소 음이온 이펙터 반응을 통해 가역적으로 활성화 및 비활성화할 수 있다.Al(II)-salen의 예에서는 시스템에 첨가된 보조 리간드와 추상제에 기초하여 γ-caprolactone의 중합이 온/오프될 수 있다(그림 9).[18]바이메탈 시스템을 이용한 이전의 촉매 구조와는 달리, 3층 모티브는 모노메탈 촉매의 통합을 가능하게 하여 이러한 유형의 구조를 사용하여 사용할 수 있는 잠재적 촉매의 범위를 넓힙니다.

레퍼런스

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