手性生物分子 "人工酶":加成反应的不对称催化和手性诱导机制的理论研究

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21203256
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0301.化学理论与方法
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

Chiral biomolecule-based 'artificial enzyme' combines the chiral environment of DNA helix and the versatility of synthetic catalysts to implement asymmetric transformation. Compared with traditional asymmetric catalysis, this conceptually new strategy has both fundamental importance and intriguing application potentials. However, the catalysis and chiral induction mechanism of this newly emerging chiral 'artificial enzyme' is still unknown. This project aims at theoretically revealing the mechanisms of catalysis and chiral induction for the DNA-based chiral 'artificial enzyme', by studying the asymmetric addition reaction systems. With multi-scale theoretical modeling, we will illuminate, at the molecular level, how the DNA helix and metal complexes assemble with each other to construct asymmetric micro-reaction-spaces, and to reveal the origin of the chiral induction and the key factors that controlling the stereoselectivity. Our study will build general mechanistic models and provide a fundamental framework to understand the novel DNA-based chiral 'artificial enzyme'. Furthermore, with systematic study of the relationships between micro-reaction-space and DNA sequence, this project will provide helpful guidelines for the future tuning/design of chiral biomolecule-based 'artificial enzymes'.
手性生物分子 "人工酶"巧妙地将手性螺旋的DNA分子和形色多样的合成催化体系相结合应用于不对称催化,不但是科学概念上的创新,而且具有基础性的研究意义和诱人的应用前景。该领域研究在学术界刚刚兴起,其催化机理和手性诱导机制等方面的认识严重匮乏,阻碍了进一步的开发改进和理性设计。以DNA型手性"人工酶" 催化不对称加成为研究对象,本项目旨在从基础理论研究的角度揭示该类手性"人工酶"的不对称催化和手性诱导机制。从微观分子水平上明确DNA分子和金属配合物通过配体构筑不对称反应活性空间的行为和规律,揭示DNA手性"人工酶"体系的不对称催化和手性诱导机制及其关键控制因素。本研究将建立普适性的反应机理模型,为该领域的发展构建基础性的理论认识。提炼归纳不对称微观反应空间与DNA分子序列的关系和规律,可为新型高效高选择性DNA手性"人工酶"的优化、设计和预测提供理论指导。

结项摘要

我们通过分子对接、分子力学、分子动力学、量子力学和QM/MM等多尺度理论计算和模拟手段对人工酶和相关不对称催化体系进行了机理和立体选择性的探索和研究, 取得一些创新性成果。我们从微观分子水平上明确了DNA分子和金属配合物共同构筑反应活性空间的行为和规律,发现自组装体系的碱基对层间插入和共价键锚定体系的大沟组装是构筑不对称微观反应空间两种主要模式。同时,受研究启发,在相关领域进行了开拓和探索,并且通过实验研究进行合作,揭示了系列协同仿生和相关弱键在催化反应性和立体选择性中的机理和作用。本项目的研究为将来人工酶体系,生物大分子和溶剂界面反应体系的多尺度理论研究,及其协同仿生机制和弱键相互作用对活性和手性诱导的理论研究提供有价值的参考,并为后续研究提供了基础。经费资助的研究成果,目前为止在Angew. Chem., Int. Ed.,ACS Catal.,J. Org. Chem.,Organometallics,Dalton Trans.,和J. Phys. Chem. B等领域内重要杂志上发表学术论文10篇。在全国量子化学会议、全国计算(机)化学会议、高分子催化聚合青年学术交流会等作邀请报告和口头报告。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The origin of enantioselectivity for intramolecular Friedel-Crafts reaction catalyzed by supramolecular Cu/DNA catalyst complex
超分子Cu/DNA催化剂复合物催化分子内Friedel-Crafts反应对映选择性的起源
  • DOI:
    10.1016/j.cplett.2014.03.060
  • 发表时间:
    2014-04
  • 期刊:
    Chemical Physics Letters
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Ke, Zhuofeng;Park, Soyoung;Sugiyama, Hiroshi;Morokuma, Keiji
  • 通讯作者:
    Morokuma, Keiji
Binding Mechanism and Synergetic Effects of Xanthone Derivatives as Noncompetitive alpha;-Glucosidase Inhibitors: A Theoretical and Experimental Study
氧杂蒽酮衍生物的非竞争性结合机制及协同效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry B
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Wen-Hua Chen;Hwangseo Park;Zhuofeng Ke;Bo Wang
  • 通讯作者:
    Bo Wang
Aerobic and Efficient Direct Arylation of Five-Membered Heteroarenes and Their Benzocondensed Derivatives with Aryl Bromides by Bulky alpha-Hydroxyimine Palladium Complexes
大体积α-羟亚胺钯配合物与芳基溴化五元杂芳烃及其苯缩合衍生物的有氧高效直接芳基化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Organometallics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Shen, Dong-Sheng;Liu, Rui-Zhi;Ke, Zhuofeng;Liu, Feng-Shou
  • 通讯作者:
    Liu, Feng-Shou
The Effect of HSAB on Stereoselectivity: Copper- and Gold-Catalyzed 1,3-Phosphatyloxy and 1,3-Halogen Migration Relay to 1,3-Dienes
HSAB 对立体选择性的影响:铜和金催化 1,3-磷酸酯氧基和 1,3-卤素迁移中继至 1,3-二烯
  • DOI:
    10.1021/jo502600j
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Organic Chemistry
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Jiang Jingxing;Hou Cheng;Zhang Shidong;Luan Zihong;Zhao Cunyuan;Ke Zhuofeng
  • 通讯作者:
    Ke Zhuofeng
Hydrogenation of Carbon Dioxide Using Half-Sandwich Cobalt, Rhodium, and Iridium Complexes: DFT Study on the Mechanism and Metal Effect
半夹心钴铑铱配合物氢化二氧化碳:机理和金属效应的 DFT 研究
  • DOI:
    10.1021/cs500688q
  • 发表时间:
    2014-08
  • 期刊:
    ACS Catalysis
  • 影响因子:
    12.9
  • 作者:
    Wang, Guo;Zhang, Zhihan;Ke, Zhuofeng;Zhao, Cunyuan
  • 通讯作者:
    Zhao, Cunyuan
共 9 条
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    10.6023/cjoc201703002
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chinese Journal of Organic Chemistry
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    李胤午;张鉴予;舒思桅;邵佑湘;刘艳;柯卓锋
  • 通讯作者:
    柯卓锋
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