尽管动态组合化学(DCC)研究起步伊始,但在寻找与特定生物和非生物靶分子键合的物质方面已经表现出其潜在的发展前景——

组合化学现在正广泛地应用于创建筛选生物活性物质和新材料的分子大库,同时发展起来的由分子识别控制的自组装过程也在超分子化学中得以研究。动态组合化学(DCC)融合了组合化学和分子自组装过程两个领域的特点,开辟了使用相对较小的库组装很多的物质的途径,而不必单独合成每一个物质。

DCC利用了在动态平衡中相互转化的构成成分的混合物(库)。这些构成成分称为通过可逆反应或相互作用连接的组分的集合;所有可能的自组装构成成分便形成一个虚拟组合库。当一个分子靶(如生物聚合物或小分子)加入时,某些库组份选择性地与它键合,并被从相互转化的化合物反应池中去除。平衡因此而发生移动,库中键合强的物质得以加强,键合弱的物质浓度被减弱。该方法可以用于开发识别小分子或生物聚合物的特殊化合物或非共价型配体。

尽管DCC的某些特性可能在早期的研究中隐约出现,但它只是在最近才在各类化学体系中形成概念并得以应用。最初的研究主要集中在原理的论证和操作方法的建立上,例如,研究哪一种可逆的化学变换能用来产生动态库。最近DCC已经广泛应用于各种靶分子,而其中需求最多的是生物靶分子。

小的分子靶可以通过“模型”得以识别(见图),其中的受体由两个或多个键合基团围绕着靶分子组装而成,如含有锌-卟啉基团的实体由于通过和含有键合锌能力的吡啶基团的芳杂环靶分子相互作用而被选择性地放大。自组装氢键囊的动态库以及共价类肽大环动态库,在氯化有机溶剂中,对具有较好形态和对季铵烷基离子有电子互补性的受体都显示出了放大作用。类似地,一个大环化合物库的构成组件通过被大环多醚识别而被放大。

在近期的一项研究中,在键合了糖类的刀豆球蛋白A的存在下,通过构成组件中硫的交换形成了由二硫桥键连接的二糖动态库。平衡向着有利于双甘露糖苷组分形成的方向移动,该物质对蛋白质表现出极大的亲和力。另一项研究探讨了万古霉素的二聚过程,该过程可能是克服细菌抗药能力的有效方法。形成的二聚物是由含二硫或内部烯基的连接体连接的,以及在靶分子存在下,由二硫交换或烯键易位形成了库组分。因此,平衡向着强键合组分方向移动,该组分在单独检测中也表现出极高的抗菌活性。

如果动态库形成的条件和靶分子不兼容,可采用预平衡库,而不是全动态库。由于可以得到的生物靶分子非常少量,可以将靶分子固定化。用以代替的方法是通过将酶反应和动态叠合方法相结合来识别活性物质。这一点在乙酰胆碱酯酶抑制剂的生成中已经得以证实。

到目前为止所讨论的动态库都局限于化合物间单一类型的连接反应。利用两个或多个可逆相互转化过程同时进行,可以实现更大的连接多样性,例如金属离子的配合作用和亚胺的形成。

在相互转换异构体的动态库中,利用了异构体的底物键合能力的差异。例如,加入巴比土酸盐作为靶分子,使一个复杂混合物转化成一个单一的双腙受体及使一个大的折叠异构体库转化成一个特别折叠形式的线形分子。这一过程对生物聚合物特别重要,在此不同的折叠体可能具有特定的底物键合能力。其他的分子内过程(如互变异构体)也可以产生动态多样性。动态金属络合作用已经成功地用于无机笼受体的客体控制组装中的有效自识别和异形识别。

动态组合库的制模过程与铸模过程由受体(TR)和底物(TS)靶分子作用的可逆库的动态自适应过程;被选择组分尺寸的增加反映出构成所需要的靶分子键合库构成成分的特别结合的放大/表达;相反的箭头代表了构成组件之间的可逆连接

动态库中相对放大程度取决于库的组分同靶分子亲合力的差异。对于靶分子具有连续亲合力的聚合链动态组合库的理论分析表明:在这样一个体系中放大倍数在两个数量级内,并且随着靶分子饱和度的增加而下降。然而,通过DCC的有效开发过程要求动态库具有高的功能多样性和对于靶分子具有明显不同的设计亲合力。

正如前面提到的那样,DCC方法在其他领域的应用,特别是材料科学中,也具有一定的发展潜力。由于它们的构成组分间相互联系方式具有可逆性,超分子材料自然是动态活性的。这个过程允许新组分的结合或挤压成型以及已存在组分的去除,由此,体现了组合能力。对于超分子聚合物尤其如此,其中单体由非共价作用力连接,如氢键和金属离子配位作用。所以超分子材料是动力学组合材料,并开辟了新型适应性材料。

DCC一直在快速发展着,并可能成为从药物开发到材料科学领域中,所要求的涉及分子识别和其他官能作用过程的新型分子和超分子的实体开发的一个有效工具。在这一方法中,实现适应和发展的一些基本特性(如选择性、变异、放大作用等)转变为化学体系需要采取几个步骤。

[Science,2001年3月23日]