新型小分子手性 —— 阶梯手性 (Staircase Chirality)

研究背景

长期以来，分子手性一直被认为与地球上生命的起源密切相关，因为动物和植物中的基本生物分子——如DNA、RNA、蛋白质、多肽和碳水化合物——拥有对生物过程至关重要的手性结构元素。分子手性一般分为几类。在小分子水平上，它包括中心手性、轴手性、螺环手性、夹层手性（金属夹层和有机夹层），涡轮手性、向标手性；在宏观和超分子水平上，它包括多层手性（刚性螺旋和柔性折叠），以及拓扑和固有手性。

手性化学包括两个部分：手性的发现和手性的控制。近一个世纪以来，控制手性的工作进展已经取得可喜的进展，包括十位左右诺奖得主的工作在内。可是，发现新性的工作乎到了天花板。近半个世纪以来，有关小分子新手性的工作几乎没有报道。

研究进展

最近，该团队发现了一种全新的小分子手性类型——阶梯手性, 其结构是由一个萘环作为桥墩固定两个对称的苯环。在这个框架中，苯环的对位上的两个手性辅助基团导致两个苯环发生非对称错位，从而形成了独特的阶梯手性结构 （图1）。这种新型手性经过光谱学表征和X射线衍射证实了其存在。两层阶梯分子结构是通过手性胺辅基来控制不对称合成而完成。如图1所示， 该模型形象化地展示了阶梯手性的两种对映异构体元素，两层阶梯错位偏向， 阶梯手性因此得名。

值得一提的是，其中一个分子甚至展现了四种手性元素：中心手性、向标手性、涡轮手性和阶梯手性（图2）。向标手性见：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0012、涡轮手性见：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0474。这种手性元素组合为研究分子手性提供了全新的视角，提供了新的机遇。

为了区分不同的阶梯手性，该团队给出了对映体不同的命名：将两个阶梯平行于底平面放置，同时视线从萘环桥墩向辅基球方面看， 向右上爬升为P构型，向左上爬升为M构型。

计算化学的结果进一步支持了实验结果（图3）。阶梯手性P和M 的转换能垒为6.3 kcal/mol 远大于同一阶梯手性中单个手性中心的构型转换的能垒2.8 kcal/mol，计算充分证实了阶梯手性的热稳定性。

未来展望

阶梯手性的发现，让我们对手性的理解又迈进了一步。该新手性将对于以下几个领域产生影响：手性化学，手性药物和手性材料 。让我们一起期待阶梯手性带来的更多可能性和应用。