魔德科技案例：量子化学计算解决富勒烯水溶性难题

合作单位：Hainan University

参考文献：SiYuan Liu，XinRui Wang，ManPing Li， et al.  Beilstein Journal of Organic Chemistry, 2020.DOI：10.3762/bjoc.16.207  (IF=2.54)

本文合成了含6个葡萄糖的糖功能化水溶性三苯并三醌衍生物TBTQ-(OG)₆，并利用荧光光谱和紫外可见光谱研究了其在共有机溶剂和水溶液中与C₆₀和C₇₀富勒烯的相互作用。研究结果表明，将富勒烯包合到水溶性的TBTQ-(OG)₆宿主中，极大地补偿了它们的疏水性，并形成了自组装微球，这可能具有一定的生物和制药应用潜力。

背景：

在过去的几年里，对富勒烯的生物学和药学相关性的认识，如其光动力学活性、光毒性、HIV-1蛋白酶抑制剂能力和氧化稳定性，促进了水溶性富勒烯生物用途的探索。富勒烯的极度疏水性需要一个强亲水性的超分子宿主来实现水溶性。

TBTQ碳氢化合物具有化学稳定性，提供了多种功能化的可能性。因此，自1984年首次合成报道以来，TBTQ衍生物就备受关注。TBTQ框架的芳烃外围具有巨大的可变潜力，可以有效地扩展母体TBTQ烃的小而相对较浅的空腔，从而允许包含较大的客体分子，如富勒烯。

对含富勒烯的TBTQ衍生物的主客体研究仅限于有机介质，因为它们的配合物在水介质中的溶解度很差。因此，设计、合成和探索水溶性TBTQ衍生物将为拓宽TBTQ结构单元的应用提供可能。在本文中，作者在TBTQ框架的六个外周位置引入了具有良好水溶性和生物相容性的糖基序，以提供具有扩展腔的基于TBTQ的水溶性宿主。

方案设计：

为了研究TBTQ-(OG)₆与富勒烯的结合模式，魔德科技采用量子化学方法对二者的复合物体系展开了研究。

主要结果：

TBTQ-(OG)₆的合成路径如图1所示。

通过DFT方法优化后的主客体复合物结构如图2所示，从图中可以看出，主体TBTQ-(OG)₆的支链能够将客体C₆₀包裹，C₆₀的质心与主体TBTQ-(OG)₆底部中心C原子的距离为7.93 Å。

为了更加直观地观察主客体结合表面的亲疏水性质，图3给出了二者结合的疏水表面图。从图中可以看出，客体C₆₀和主体TBTQ-(OG)₆底部均具有很强的疏水性，因此疏水作用可能是二者结合的重要驱动力。TBTQ-(OG)₆和C₆₀形成了两亲性的超分子主客体复合物。