グアニジン症ピロールベースの分子の多様な特性：アルギニンの人工類似体

多くの酵素の活性部位に存在するグアニジニウム部分は、アニオン性基質の結合に重要な役割を果たします。さらに、それはまた、超分子化学のための優れた結合モチーフであることがわかった。自然に触発されて、科学者は、水素結合と電荷ペアリング相互作用を通じて、さまざまなオキソニオンに結合するグアニジニウム足場を含む人工受容体を開発しました。ただし、結合研究の大部分は有機溶媒に限定されています。ポリグアニジニウムベースの分子は、強い静電相互作用により、水性溶媒中の効率的な複合体を形成できます。ただし、競合するアニオンと塩の存在下で大幅に減少する中程度の関連定数のみがあります。したがって、グアニジニウム部分の結合親和性を改善するために、我々のグループはカチオン性グアニジン症のピロール（GCP）部分を発達させました。この硬い平面アナログは、水性溶媒中でもカルボン酸塩のように、オキソニオンに効率的に結合します。グアニジニウム誘導体（P ka 13）と比較したGCPの低いp ka値（7-8）は、強力な水素結合イオンペアの形成を支持します。さらに、カルボン酸結合は、ピロールコアの5つの位置にある追加のアミド水素結合ドナーによってさらに強化されます。さらに、この設計により、受容体側鎖とゲスト分子の間に二次相互作用を導入することができ、結合特異性と選択性を最適化できるようになりました。分光データは、イオンペアリングと複数の水素結合相互作用の組み合わせにより、グアニジン症のピロール/オキソアニオン錯体の安定化を確認しました。極性溶媒におけるイオン相互作用の重要な役割は、k> 1010 m-1およびk = 170 m-の関連定数を持つジメチルスルホキシドと純水の両方で自己組織化するグアニジニ症のピロールのZwitherion誘導体によって実証されています。それぞれ1。このアカウントでは、オキソニオンを結合する能力を高めるために、GCP機能化化合物を製造するための戦略について説明します。次に、これらのビルディングブロックがどのように異なる合成分子とペプチド配列に組み込まれたかを調査し、この結合足場の汎用性を実証する例を強調します。たとえば、GCPベースの化合物の高オキソニオン結合特性を悪用して、アプリケーションを検出するための検出可能な信号を生成し、水溶液の選択性と感度を改善しました。さらに、GCPを含むペプチドと分子は、優れた遺伝子トランスフェクション特性を示しています。さらに、Zwitherionic GCP類似体の自己組織化とZwithericの挙動を使用して、安定した超分子βヘリックス構造、線形超分子オリゴマー、一次元ロッドまたは2次元ロッドまたは2次元シート、握手、鉄、柔らかいナンフェレスなどのさまざまな超分子アーキテクチャを発達させました。、および刺激応答性の超分子ゲル。

The guanidinium moiety, which is present in active sites of many enzymes, plays an important role in the binding of anionic substrates. In addition, it was also found to be an excellent binding motif for supramolecular chemistry. Inspired by Nature, scientists have developed artificial receptors containing guanidinium scaffolds that bind to a variety of oxoanions through hydrogen bonding and charge pairing interactions. However, the majority of binding studies is restricted to organic solvents. Polyguanidinium based molecules can form efficient complexes in aqueous solvents due to strong electrostatic interactions. However, they only have moderate association constants, which are significantly decreased in the presence of competing anions and salts. Hence, to improve the binding affinity of the guanidinium moiety, our group developed the cationic guanidiniocarbonyl pyrrole (GCP) moiety. This rigid planar analogue binds efficiently to oxoanions, like carboxylates even in aqueous solvents. The lower p Ka value (7-8) of GCP compared to guanidinium derivatives (p Ka 13) favors the formation of strong, hydrogen bonded ion pairs. In addition, carboxylate binding is further enhanced by additional amide hydrogen bond donors located at the five position of the pyrrole core. Moreover, the design has allowed for introducing secondary interactions between receptor side chains and guest molecules, which allows for optimizing binding specificity and selectivity. The spectroscopic data confirmed stabilization of guanidiniocarbonyl pyrrole/oxoanion complexes through a combination of ion pairing and multiple hydrogen bonding interactions. The key role of the ionic interaction in a polar solvent, is demonstrated by a zwitterion derivative of the guanidiniocarbonyl pyrrole, which self-assembles in both dimethyl sulfoxide and pure water with association constants of K > 1010 M-1 and K = 170 M-1, respectively. In this Account, we discuss strategies for making GCP functionalized compounds, in order to boost their ability to bind oxoanions. Then we explore how these building blocks have been incorporated into different synthetic molecules and peptide sequences, highlighting examples that demonstrated the versatility of this binding scaffold. For instance, the high oxoanion binding property of GCP-based compounds was exploited to generate a detectable signal for sensing applications, thus improving selectivity and sensitivity in aqueous solution. Moreover, peptides and molecules containing GCP have shown excellent gene transfections properties. Furthermore, the self-assembly and zwitterionic behavior of zwitterionic GCP analogues was used to develop variety of supramolecular architectures such as stable supramolecular β-helix structure, linear supramolecular oligomers, one-dimensional rods or two-dimension sheets, fibers, vesicles, soft nanospheres, as well as stimuli responsive supramolecular gels.