溶剂对2,6-吡啶基羧酰胺折叠体构象偏好的影响

《Chemistry – A European Journal》：Solvent Effects on the Conformational Preferences of 2,6-Pyridylcarboxamide Foldamers

　　摘要

已经在十七种不同的溶剂/溶剂混合物中确定了有机溶剂和水对一种手性、可溶性2,6-吡啶甲酰胺折叠体的构象偏好有显著影响。通过圆二色光谱（CD）技术，研究了这种可溶性PEG化的折叠体在不同溶剂中的构象行为，包括芳香族溶剂（苯、甲苯和吡啶）、氯化溶剂（氯仿、二氯甲烷和四氯乙醇）、极性非质子溶剂（四氢呋喃、丙酮、乙腈、硝基甲烷、二甲酰胺和二甲亚砜）以及极性质子溶剂（甲醇、甲醇/水混合物）。在芳香族和氯化溶剂中，折叠体显示出明显的CD信号，表明其在这些环境中采用了稳定的螺旋构象。值得注意的是，即使在含有高浓度水（甲醇混合物中水含量高达35%）的极性质子溶剂中，折叠体仍然采用螺旋构象，尽管其螺旋构象不如在其他竞争性较低的溶剂中那样明确。这些研究为这种折叠体在多种有机溶剂和水混合物中的构象偏好提供了重要见解。预计这项溶剂研究将对于未来设计和操作功能性折叠体（包括在水环境中的系统）具有重要意义。

1 引言

溶剂效应在调控生物系统的构象行为中起着重要作用，包括调节蛋白质折叠[1]。溶剂化也对控制合成超分子系统（例如合成螺旋寡聚体[2]）的行为有显著影响，通过调节它们的自组装和聚集[3-6]。了解溶剂对折叠体构象行为的影响对于确保其作为功能性系统的有效设计和操作至关重要，这些系统在传感[7]、材料化学[8]、合成[9]和生物化学[10]领域有应用。因此，已经研究了折叠体的溶剂化性质以及螺旋稳定性对溶剂性质的依赖性，涵盖了多种折叠体类别，包括芳香族寡酰胺[11]、邻苯ylene[12]、间苯乙烯[13]、芳基三唑[14]、α/磺酰-γ-氨基酸肽[15]和氨基异丁酸（Aib）折叠体[16]。溶剂还显示出影响折叠体结合客体分子的能力[7, 17]。Huc及其同事表明，在芳香族寡酰胺折叠体中，螺旋稳定性对溶剂具有高度依赖性[18]。尽管氯仿被广泛用于研究这类折叠体，但令人惊讶的是，在本研究中调查的溶剂中，它被认为是最不有利于稳定这些骨架的溶剂之一。值得注意的是，在某些芳香族寡酰胺折叠体中，质子溶剂能够生成稳定的构象，这可能是由于溶剂能够诱导疏溶剂效应，从而促进折叠体内的π—π堆叠相互作用[18]。同一研究小组还展示了这些折叠体的初级序列在指定其二级结构方面的重要性，通过识别在加入水到二甲亚砜溶液中时，这些较柔性的折叠体从伸展线性/未折叠状态到螺旋折叠状态的溶剂驱动的构象转变[11]。Gong及其同事表明，溶剂的性质可以影响展示新月形构象的芳香族寡酰胺折叠体的自组装强度[4]。对于这些通常展示分子间π–π堆叠相互作用的相对平坦的系统，在低极性溶剂（例如氯仿）中观察到强烈的自聚集，而在高极性溶剂（例如甲醇）中观察到较弱的聚集。在研究的芳香族寡酰胺折叠体中没有报告新月形构象的显著变化[4]。寡脲折叠体在包括吡啶、乙腈、DMSO和水在内的多种溶剂中采用稳定的螺旋构象[19-22]。然而，在极性质子溶剂甲醇存在下，尽管这种折叠体中的寡聚体被证明采用2.5螺旋构象，但也观察到与部分未折叠构象共存[22]。总体而言，溶剂稳定寡脲折叠体螺旋折叠的能力顺序为：吡啶 >> 乙腈 > 甲醇 > DMSO >> 水[21]。基于间苯乙烯（mPE）单体的疏溶剂折叠体采用的构象依赖于溶剂，从紧凑的螺旋状态到无序状态不等[23-26]。Moore及其同事研究了三十种溶剂对mPE折叠体构象行为的影响，发现氯烃溶剂（例如氯仿、1,2-二氯乙烷）完全使体系变性，而在环状醚（例如四氢呋喃和1,4-二氧杂烷）中观察到显著的解折叠行为，而高极性溶剂包括DMSO、甲醇和水则诱导高度稳定的折叠构象[23]。然而，尽管溶剂效应在调控折叠体构象偏好方面非常重要，但系统性的研究仍然相当罕见。特别是，水对这些超分子骨架的折叠行为的影响研究还非常不足。鉴于折叠体在环境和生物应用中的日益增长的重要性，了解它们在水性和生物相容性环境中的行为是非常重要的。因此，需要系统地研究溶剂（特别是水）对折叠体构象行为的影响，以开发这些新兴的超分子平台，但这类研究却出奇地少。在此，我们报道了一种2,6-吡啶甲酰胺折叠体1，其在一端引入了手性（S-+）萘普生基团，在另一端引入了增溶性的PEG基团，使得该体系的构象偏好能够在包括甲醇/水混合物在内的多种溶剂中得到确定（图1）[27]。使用圆二色光谱（CD）技术评估了溶剂性质对该体系构象偏好的影响，包括在非极性非质子溶剂（例如芳香族溶剂苯、甲苯和吡啶）、氯化溶剂（氯仿、二氯甲烷、四氯乙醇）、极性非质子溶剂（四氢呋喃、丙酮、乙腈、二甲酰胺和二甲亚砜）以及极性质子溶剂（甲醇和甲醇/水混合物）中。

2 结果与讨论

2.1 PEG化折叠体1的设计与合成

1通过嵌入折叠体骨架中的两个关键结构特征，在溶液中能够采用稳定的螺旋构象。首先，中心的吡啶甲酰胺单元通过形成N─H?N?H─N氢键相互作用使得1采用顺-顺构象[28]。其次，1中的偶氮苯单元采用E构型进一步扩展和支持骨架的螺旋结构（图1）[29, 30]。此外，1在一端引入了（S-+）萘普生单元，以使系统的螺旋方向偏好主要偏向于一种对映体（即P-螺旋性）[31]。最后，在不对称的1的第二端引入PEG链提高了体系的溶解性[32]，从而可以在多种有机溶剂和水/甲醇混合物中研究该折叠体的溶液行为。

1是根据已知或改进的文献程序通过线性多步骤程序合成的（方案1）[33-36]。不对称折叠体3带有胺基和二叔丁基碳酸酯（Boc）封端基团，根据文献程序[33-36]从邻苯二胺2经过五步反应得到。3在与吡啶存在下，用过量的（S-+）萘普生氯在室温下搅拌16小时后生成4，产率为77%。通过加入过量的三氟乙酸并在室温下处理，选择性地脱除了4末端的Boc基团，得到红色的不对称胺和（S-+）萘普生封端的5，产率为93%。在吡啶存在下，将PEG链引入折叠体骨架，用过量的3,6,9,12,15,18,21,24,27-壬酸氯处理5，得到橙色的1，产率为79%（方案1）。

1使用1H和13C核磁共振光谱、高分辨率质谱、红外光谱和紫外/可见光谱进行了全面表征（支持信息）。不幸的是，尝试生长适合X射线衍射分析的1单晶未能成功，可能是由于PEG链的构象灵活性。然而，通过缓慢蒸发乙醚溶液成功生长了（S-+）萘普生/Boc封端前体折叠体4的合适晶体（图2）。在4的晶胞中，有一个折叠体分子和一个乙醚溶剂分子，溶剂分子中的所有原子都显示无序。4中的（S-+）萘普生基团也存在无序。4的固态分析显示采用了稳定的二级结构，表现出P螺旋性（图2），这归因于末端（S-+）萘普生基团的存在，这与相关折叠体的固态行为一致[33-36]。4显示出具有4.6 ?螺距的单圈螺旋结构[37]。固态分析还表明，控制螺旋稳定性的主要因素是一系列涉及吡啶和偶氮基团的分子内N─H···N氢键，以及偶氮键的N原子与相邻酰胺基团的H原子之间的短N─H···N接触（支持信息）。我们在同一类别的折叠体[33-36]以及Parquette及其同事在相关的吡啶二甲酰胺/m-(苯偶氮)偶氮苯折叠体[29]中也报告了类似的分子内N-H···N氢键和短N-H···N接触。虽然这些分子内N-H···N氢键和涉及吡啶、偶氮和酰胺基团的短N-H···N接触可能是控制该骨架螺旋稳定的主要因素，但也可能有其他不太突出的因素有助于稳定螺旋构象的采用。这些可能包括在4的固态中观察到的折叠体核心两个芳香环之间的分子内π···π堆叠相互作用（支持信息）。进一步的对4的固态分析还显示，该系统中还存在分子间π···π和C–H···π相互作用。在其他同类折叠体的固态结构中也观察到了这类分子间π···π和C–H···π相互作用[35, 36]。然而，与支持折叠体核心中心吡啶甲酰胺单元的螺旋形成的分子内N─H···N氢键和短N─H···N接触相比，这些分子间相互作用不太可能在该系统的螺旋稳定性中起重要作用。图2展示了（S-+）萘普生/Boc封端折叠体前体4的晶体结构；(a)突出显示了固态中稳定螺旋构象和折叠体骨架采纳的P螺旋性，(b)显示了晶体堆积排列中螺旋的柱状堆叠。C原子用灰色表示，O用红色表示，N用浅蓝色表示。为了清晰起见，(a)和(b)中去除了一个乙醚分子，(b)中还去除了(S-+)萘普生基团和H原子周围的无序。此外，在二甲亚砜、四氢呋喃和甲苯三种代表性溶剂中对1进行的红外光谱研究表明，与折叠体中的N─H伸缩对应的宽广吸收带（约3345 cm?1）没有显著变化（支持信息）。因此，尽管所测试的三种溶剂的极性差异很大（ε = 2–47），但似乎溶剂在干扰分子间的N─H···N氢键方面并不起主要作用，而这些氢键可能支持螺旋结构的稳定。

2.2 有机溶剂对折聚体构象偏好的影响

为了获取关于支架整体构象行为的信息，使用CD光谱法研究了1在不同有机溶剂中的溶液行为。具体来说，对1在苯、吡啶、甲苯、二氯甲烷、氯仿、四氯乙烷、四氢呋喃、丙酮腈、硝基甲烷、二甲基亚砜和甲醇中的CD光谱进行了测量。1.5 × 10?4 M甲苯溶液的CD光谱显示出一个位于475 nm左右的大最小值，这对应于支架中的偶氮苯基团（图3，蓝线）。此外，还观察到了一个位于398 nm的最大值，该吸收区域与折聚体的偶氮苯和芳香族寡酰胺单元相关。1的CD信号表明在溶液中存在稳定的螺旋构象，而在475 nm（?84 mdeg）和398 nm（58 mdeg）处的Cotton效应的符号（分别为负和正）表明该支架倾向于P-螺旋性。这与前体4的固态行为以及其他相关(S-+)-萘普生封端折聚体的溶液行为一致[31]。同样，在1.5 × 10?4 M的苯、吡啶、二氯甲烷、氯仿、四氯乙烷、四氢呋喃、丙酮腈、硝基甲烷、二甲基亚砜和甲醇溶液中测得的CD光谱也都显示出一个位于466–475 nm之间的大最小值，并伴随着负的Cotton效应，以及一个位于392–404 nm之间的最大值，并伴有正的Cotton效应（图3和支持信息）。这些观察到的1的CD光谱相似性表明，在所有研究的溶剂中都观察到了稳定的螺旋构象，并且具有向右螺旋性的倾向[31, 36]。然而，值得注意的是，在不同溶剂中，466–475 nm最大值处的Cotton效应的幅度（?133至?30 mdeg）和392–402 nm最小值处的Cotton效应的幅度（16至58 mdeg）存在显著差异（图3、表1和支持信息）。对于466–475 nm处具有正Cotton效应的大最小值，其幅度从苯的?133 mdeg到吡啶的?99 mdeg、甲苯的?84 mdeg、二氯甲烷的?57 mdeg、氯仿的?56 mdeg、四氯乙烷的?55 mdeg、四氢呋喃的?70 mdeg、丙酮腈的?49 mdeg、硝基甲烷的?64 mdeg、二甲基亚砜的?49 mdeg以及甲醇的?55 mdeg各不相同（图3、表1和支持信息）[38]。这些CD研究表明，1在所有测试的有机溶剂中都采用了稳定的螺旋构象，但1的最小值处Cotton效应幅度的变化可能是由于系统中螺旋倾向和/或聚集效应的不同所致[39]。图3（在图查看器中打开）

表1. 选定有机溶剂中1的CD光谱。表格总结了溶剂条件、溶剂的介电常数以及CD光谱确定的466–475 nm之间大最小值的摩尔椭圆率。

在所研究的有机溶剂中，1的CD光谱。表1. 溶剂条件、溶剂介电常数和CD光谱确定的466–475 nm之间大最小值的摩尔椭圆率。

1
苯
?133

2
吡啶
12

3
甲苯
2

4
四氢呋喃
8

5
丙酮
21

6
氯仿
5

7
二氯甲烷
9

8
四氯乙烷
8

9
甲醇
33

10
丙酮腈
38

11
硝基甲烷
36

12
二甲基亚砜
37

13
甲醇/水 95/5
32

14
甲醇/水 80/20
42

15
甲醇/水 70/30
47

16
二甲基亚砜
47

17
甲醇/水 65/35
52

a 当1在这些溶剂中研究时，具有负Cotton效应的大最小值的中心位置在466–475 nm之间有所不同。然而，为了评估溶剂性质对折聚体1自组装行为的影响，在甲苯-d8、苯-d6、吡啶-d5、二氯甲烷-d2、四氯乙烷-d2、氯仿-d1、丙酮腈-d3、硝基甲烷-d3、四氢呋喃-d8、二甲基亚砜-d6和二甲基亚砜-d7中进行了一系列1H NMR光谱稀释滴定实验。不幸的是，1在NMR浓度范围内不溶于甲醇或甲醇/水混合物中，因此无法进行研究，但这些溶剂具有从2到47不等的介电常数范围。在每种研究的溶剂中，1的自组装行为都在0.8 – 14 mM的范围内进行了研究（支持信息）。在所研究的任何溶剂中，1的1H NMR光谱分析都没有显示出明显的峰位移行为（支持信息）。这表明在这种折聚体中观察不到明显的自组装。因此，看来聚集作用在所研究的多种溶剂（包括极性差异很大的溶剂，即介电常数为ε = 2–47的溶剂）中并不影响其构象行为。在甲苯中4.4 × 10?5 M的1中测得的UV/Vis光谱显示出一个位于414 nm的带（支持信息）。然而，在更极性的溶剂（例如DMSO、甲醇）中观察到了色调变浅（即峰强度减弱）以及该带略微蓝移的现象，这可能是由于更极性溶剂中的溶剂ify效应导致1的芳环堆叠增加[11, 23, 40]。通过对所研究的有机溶剂的介电常数（衡量溶剂极性的指标[41]）和1在466–475 nm最小值处观察到的Cotton效应幅度的分析，发现更极性的溶剂通常会导致这些最小值的负值更大（图4）。例如，非极性非质子溶剂苯的介电常数为ε = 2，其最小值为?84 mdeg，而更极性的溶剂二氯甲烷和硝基甲烷的介电常数分别为ε = 9和ε = 36，其最小值分别为?56 mdeg和?49 mdeg（表1）。此外，1的构象偏好也根据溶剂类型有一定的秩序。对于具有低至中等介电常数（ε = 2–12）的芳香溶剂苯、吡啶、甲苯，观察到401 nm中心最小值的Cotton效应幅度较大，为?133至?84 mdeg。对于氯化溶剂氯仿、二氯甲烷和四氯乙烷（介电常数为ε = 5 – 9），观察到的Cotton效应为?55至?57 mdeg，远小于芳香溶剂吡啶的?133 mdeg。这些数据表明，溶剂的性质（例如芳香性、氯化性）及其极性对这类折聚体的二级结构有显著影响。这可能是由于在不同类型的溶剂之间发生的不同溶剂-溶质相互作用。例如，与其它测试的溶剂不同，芳香溶剂（如苯、吡啶和甲苯）可以与折聚体进行π–π堆叠相互作用，而氯化溶剂可能形成不同的溶剂-折聚体相互作用（例如涉及氯化溶剂和折聚体的N─H?Cl氢键相互作用[33, 34]）。对于极性非质子溶剂丙酮腈、硝基甲烷、二甲基亚砜和二甲基亚砜（ε = 38 – 47），在401 nm中心最小值处的Cotton效应幅度较小，为?49至?30 mdeg。类似地，极性质子溶剂甲醇（介电常数为33）显示出负的Cotton效应，为?30 mdeg。然而，尽管更极性的溶剂在1中产生更大的Cotton效应这一总体趋势存在，但在所研究的溶剂中也存在两个例外：四氢呋喃（在473 nm处的峰值为ε = 8和?70 mdeg）和丙酮（在472 nm处的峰值为ε = 21和?64 mdeg）。这些结果强调了溶剂类别及其极性在影响折聚体构象偏好方面的重要作用。然而，这两个因素之间的平衡可能受到系统中形成的溶剂-折聚体相互作用性质的影响，这取决于溶剂的个体性质。例如，与其他溶剂不同，测试的芳香溶剂可以与折聚体形成π–π堆叠相互作用，而在极性质子溶剂中则可以形成O─H?O氢键相互作用[33, 34]。

2.3 水对折聚体构象偏好的影响

鉴于折聚体在生物学[42]和 waters-compatible 环境[43-45]中未来应用的广泛相关性，研究了水对1构象 preferences 的影响。因此，对1在甲醇/水混合物（比例分别为95/5、80/20、70/30和65/35）中的CD光谱进行了测量（表1和图5）。由于1在甲醇中的溶解度有限，当水含量超过35%时，记录较高含量水中的1的光谱受到阻碍。1.5 × 10?4 M的1在95/5甲醇/水混合物中的CD光谱显示一个位于468 nm的最小值和一个位于400 nm的最大值，表明在溶液中存在稳定的P-螺旋构象（图3）。468 nm处的最小值显示出负的Cotton效应，幅度为?45 mdeg，低于纯甲醇中的?53 mdeg（表1和图5）。因此，即使仅向甲醇溶液中添加5%的水，也会导致1的CD光谱发生变化，最大值和最小值发生轻微移动，Cotton效应的幅度也减小。这些观察到的1在加水后的CD信号变化表明，系统的螺旋倾向降低，构象略有改变或聚集性质有所不同。这可能是由于溶剂的极性不同和/或甲醇和水作为氢键供体和受体的强度不同，从而影响了系统中存在的溶剂-折聚体相互作用[46]。随着甲醇/水混合物中水的比例从0%增加到5%、20%、30%再到35%，468–470 nm最小值的Cotton效应幅度从0%的?53 mdeg显著减小到35%的?30 mdeg（图5）。这表明，在水含量增加的情况下，系统的螺旋倾向、构象偏好和/或聚集程度发生了更明显的变化。然而，应该注意的是，尽管存在35%的高竞争性溶剂[21]，1仍然采用了稳定的二级构象，这通过468 nm处最小值处的Cotton效应为?30 mdeg得到证实（图5）。

图4显示了在十七种研究溶剂中通过CD光谱观察到的1在466–475 nm之间最小值的摩尔椭圆率与它们的介电常数的关系。芳香溶剂用蓝色表示，氯化溶剂用红色表示，极性非质子溶剂用绿色表示，极性质子溶剂用黑色表示。

鉴于折聚体在生物学[42]和waters-compatible环境[43-45]中未来应用的广泛相关性，研究了水对1构象 preferences 的影响。因此，对1在甲醇/水混合物（比例分别为95/5、80/20、70/30和65/35）中的CD光谱进行了测量（表1和图5）。尝试在甲醇/水混合物中加入更多水时记录1的光谱受到了1在甲醇中溶解度有限的阻碍。1.5 × 10?4 M的1在95/5甲醇/水混合物中的光谱显示出一个位于468 nm的最小值和一个位于400 nm的最大值，表明在溶液中存在稳定的P-螺旋构象（图3）。468 nm处的最小值显示出负的Cotton效应，幅度为?45 mdeg，低于纯甲醇中的?53 mdeg（表1和图5）。因此，即使只向甲醇溶液中添加5%的水，也会导致1的CD光谱发生变化，最大值和最小值发生轻微移动，Cotton效应的幅度减小。这些观察到的1在加水后的CD信号变化表明，系统的螺旋倾向降低，构象略有变化或聚集性质有所不同。这可能是由于溶剂的极性不同和/或甲醇和水作为氢键供体和受体的强度不同，从而影响了系统中存在的溶剂-折聚体相互作用[46]。随着甲醇/水混合物中水的比例从0%增加到35%，468–470 nm最小值的Cotton效应幅度进一步显著减小，从0%的?53 mdeg减小到35%的?30 mdeg（图5）。这表明，在水含量增加的情况下，系统的螺旋倾向、构象偏好和/或聚集程度发生了更明显的变化。然而，应该注意的是，尽管存在35%的高竞争性溶剂[21]，1仍然采用了稳定的二级构象，这通过468 nm处最小值处的Cotton效应为?30 mdeg得到证实（图5）。

图5显示了在十七种研究溶剂中通过CD光谱观察到的1在466–475 nm之间最小值的摩尔椭圆率与它们的介电常数的关系。芳香溶剂用蓝色表示，氯化溶剂用红色表示，极性非质子溶剂用绿色表示，极性质子溶剂用黑色表示。这表明在支架中观察到的螺旋偏置有所降低，系统构象发生了轻微变化，以及随着水的含量增加，聚集效应变得更加显著。

2.4 计算研究

进行了一系列计算，以评估溶剂对与基于溶液的折叠体支架行为相关的多个关键特性的影响。这些研究包括：i) 测试溶剂对折叠体支架中存在的非共价相互作用长度的影响（即控制螺旋稳定的主要因素）；ii) PEG链所采用的构象；iii) 折叠体的两种异构体（即P-螺旋和M-螺旋）的能量差异，以确定它们作为溶剂函数对系统螺旋偏置的潜在影响。因此，在代表性的折叠体支架上运行了DFT计算，其输入几何结构取自晶体结构4（图6和图7）。折叠体支架的几何结构在B97-D4/6-31+G**理论水平上进行了放松，然后使用极化连续介质模型（PCM）在六种代表性溶剂（氯仿、二甲基亚砜、甲醇、四氢呋喃、甲苯和水）中探索溶剂化效应[50-52]。选择这六种溶剂是因为它们代表了不同类型的溶剂（即非极性非质子溶剂、氯化溶剂、极性非质子溶剂和极性质子溶剂），并且具有不同的极性（即介电常数范围广泛）。因此，这些计算研究提供了关于折叠体在多种溶剂类型中的构象行为的信息。

图6（在图查看器中打开）使用GFN-XTB理论水平获得的全局最小几何结构，突出了PEG链的优化构象。C原子以灰色显示，O原子以红色显示，N原子以浅蓝色显示。为了清晰起见，H原子已被移除。

图7（在图查看器中打开）使用DFT计算得到的折叠体支架的优化几何结构。在(a)中，黑色线条突出了折叠体支架中吡啶、偶氮和酰胺基团参与的三种不同的分子内N-H···N氢键和N-H···N紧密接触的计算得到的键长；(b)中的虚线黑色线条突出了计算得到的两个芳香环之间的分子内π–π堆叠距离，以深入了解这些相互作用。C原子以灰色显示，O原子以红色显示，N原子以浅蓝色显示，H原子以白色显示。

首先，我们试图确定PEG链对折叠体稳定性的影响。为此，我们手动将一条线性PEG链添加到从晶体结构4中提取的经DFT优化的折叠体支架上。该结构在DFT水平上进行了优化，链基本上保持线性构象，而支架本身几乎未发生变化（补充信息）。为了更好地研究PEG链的构象特征，我们冻结了优化后的支架，并使用几何优化算法（GOAT）在GFN-XTB理论水平上对PEG链进行了构象搜索。所有识别的（约200种）构象都涉及PEG链包裹在折叠体支架下方，仅通过弱的范德华相互作用与支架相互作用（图6）。因此，我们认为PEG链对折叠体支架本身的几何结构影响甚微，初步可以研究在没有链的情况下折叠体支架的稳定性。在这种近似下，我们随后探讨了溶剂对稳定折叠体支架内螺旋构象的关键非共价相互作用的影响，目的是了解它们干扰或支持系统折叠行为的能力（图7）。具体来说，我们关注了涉及折叠体支架中吡啶、偶氮和酰胺基团的分子内N─H···N氢键和紧密N─H···N接触的计算（H1-H3，图7a）。这些相互作用促进了围绕中心吡啶甲酰胺单元的顺式构象的采用，因此可能是系统螺旋稳定的主导因素。重要的是，这些分子内N─H···N氢键和紧密N─H···N接触（H1-H3，图7a）的计算键长在六种研究的溶剂中没有明显差异。所有气体相中H1-H3的计算值以及所有六种研究溶剂的值变化均在0.05 ?以下（支持信息）。这些结果表明，溶剂在干扰这些分子内N─H···N氢键和紧密N─H···N接触方面没有显著作用，而这些接触可能是这种折叠体支架螺旋稳定的主要因素。此外，还研究了折叠体支架内部存在的另一种类型的分子内非共价相互作用，即两个芳香环之间的π–π堆叠相互作用（P1，图7b）。选择这种相互作用进行研究是因为它也可能稳定支架的螺旋构象，尽管其稳定效果不如连续的六个分子内N─H···N氢键和紧密N─H···N接触（H1-H3）那么显著。因此，为了了解溶剂对这种可能的螺旋稳定分子内π–π堆叠相互作用的影响，分析了这两个芳香环之间的质心-质心距离（P1，图7b）。计算发现，在所有六种研究的溶剂中，P1的差异都在0.02 ?以下（支持信息）。因此，这些结果表明，溶剂对折叠体支架中两个芳香环之间的分子内π–π堆叠相互作用的强度没有显著影响。因此，无论是哪种溶剂，稳定螺旋的分子内N─H···N氢键和紧密N-H···N接触以及两个芳香环之间的分子内π–π堆叠相互作用在极性范围（ε = 2–47）内都没有明显的强度变化。因此，尽管溶剂的性质多样，系统仍表现出强烈的折叠倾向，因为这两种促进螺旋的分子内非共价相互作用似乎基本上不受所用溶剂性质的影响。这些计算与折叠体在溶液中保持折叠状态的结果一致。最后，为了评估溶剂效应是否显著影响了系统的螺旋偏置，进行了一系列计算，以确定六种指定溶剂中两种不同折叠体异构体（即M-螺旋和P-螺旋）之间的能量差异（支持信息）。在所有情况下，无论溶剂的性质如何，原始的(S)-对映体都被发现是能量较低的体系（支持信息）。观察到S和R异构体之间的能量差异的一般趋势为：甲苯 > 氯仿 ～ 四氢呋喃 > DMSO ～ 甲醇 > 水。值得注意的是，溶剂的排序与不同溶剂中观察到的CD极小值排序大体一致（表1）。对于六种研究的溶剂，S和R异构体之间的总能量差异在20 kJ.mol?1以内，这很可能意味着单个手性萘普生基团对结构的螺旋偏置影响不大[53]。

3 结论

总之，我们已经表明，一种高度可溶的PEGylated 2,6-吡啶甲酰胺折叠体在多种有机溶剂和甲醇/水混合物中采用了稳定的螺旋构象。圆二色光谱学分析表明，芳香溶剂（例如苯、甲苯和吡啶）、氯化溶剂（例如氯仿、二氯甲烷）、极性非质子溶剂（例如四氢呋喃和二甲基亚砜）以及极性质子溶剂（甲醇和甲醇/水混合物）都支持这种折叠体类别形成明确的折叠状态。此外，即使在大量水存在的情况下，这种折叠体类别也采用了稳定的螺旋构象，包括在甲醇/水混合物中高达35%的水。DFT计算支持这些发现，表明折叠体支架内部的非共价分子内相互作用似乎不受研究中使用的溶剂性质的影响。鉴于人们对溶剂在调节折叠体构象行为中的作用越来越感兴趣，我们预计这项工作将在未来功能性折叠体的发展和设计中发挥关键作用。此外，这些研究识别出水对这种超分子支架折叠构象的影响，鉴于折叠体在生物和环境应用中的新兴应用，其中螺旋折叠体支架的水溶性通常是它们成功操作的关键，因此这些研究可能对这一领域的发展特别相关。

致谢

本文中描述的计算使用了伯明翰大学的BlueBEAR HPC服务，该服务为该大学的研究社区提供高性能计算支持。更多详情请访问www.birmingham.ac.uk/bear。SJP衷心感谢皇家学会研究基金[RGS?R1?231242]、Leverhulme Trust研究基金[RPG-2022-118]、皇家化学学会[C23-6688719462]、生物技术和生物科学研究委员会[BB/Z515127/1]以及UKRI未来领导者奖学金[MR/S035486/2]的财政支持。SJP还感谢伯明翰大学通过伯明翰奖学金计划和人才稳定基金提供的支持。SJP是UKRI未来领导者研究员和伯明翰研究员。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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