近日，我校化学与化工学院朱成峰、吴祥教授团队联合德州农工大学王焜昱、周宏才教授团队在仿生晶态多孔材料组装及手性药物分离领域取得突破性进展。相关研究成果以“An Amino-Acid-Derived Metal-Organic Framework with Large Pores for Unspecific Enantioseparation”为题发表于国际化学领域顶级期刊《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.2026, DOI：https://doi.org/10.1021/jacs.5c22595）。合肥工业大学为论文第一完成单位，我校23级硕士生马晓玉、24级硕士生王梦雅以及普林斯顿大学李文轩为论文的共同第一作者。
手性是自然界的基本属性，光学纯手性药物与人类的生命健康息息相关。上世纪五十年代，沙利度胺外消旋体药物的不当使用导致上万名“海豹”畸形胎儿诞生，成为医药史上的重大悲剧，也让光学纯手性药物及其中间体的制备成为全球医药与化学领域的研究焦点。然而手性药物分子的一对对映体的物理与化学性质在非手性环境下高度相似，如何高效分离外消旋体以制备光学纯手性分子，成为制约手性制药行业发展的核心难题之一。
受真菌非特异性过氧酶中大孔腔结构与手性识别功能的启发，研究团体首先以天然L-苯丙氨酸为手性源，设计合成了一种兼具C3对称性、结构刚柔相济且富含肽键功能位点的手性配体。然后利用手性配体与锌离子间的稳定配位作用、以及配体分子间的N-H‧‧‧O氢键、C-H‧‧‧π等多重非共价相互作用，成功组装出一种结构新颖的手性金属-有机框架（MOF）晶态材料（图1）。该材料拥有一个尺寸为2.2 nm× 3.1 nm的超大手性空腔，且空腔内壁密集修饰了42个苯丙氨酸残基，构建出模拟生物酶蛋白的复杂手性微环境；同时，手性空腔通过其3.3 nm的三角形开放窗口相互贯通，形成连续的手性分子传输孔道。该组装策略既突破了柔性氨基酸难以直接构筑大孔腔仿生晶态材料的技术瓶颈，也有望解决传统微孔仿生材料分离手性物质适用范围窄的问题。
图1手性MOF的组装及其孔腔结构
研究团队通过动态吸附实验和蒙特卡洛理论计算表明，该仿生手性MOF用作固相吸附材料时能对氧化苯乙烯（SO）、苯基缩水甘油醚（GPE）和三苯甲基缩水甘油醚（GTE）这三种手性药物中间体实现高选择性识别与吸附，精准捕捉其S-构型的对映体，展现出媲美生物酶空腔的手性识别能力（图2）。在实际手性分离应用中，该手性MOF材料还能拆分一系列电子效应、空间位阻各异的22种外消旋环氧化物，对映体过量值（ee）高达99.9%，表现出优异的底物普适性（图3）。
图2 手性MOF的对映选择性吸附性能
图3手性MOF分离外消旋手性环氧化物的性能
研究团队发现，相较于传统微孔手性MOF材料的较为单一对映体分离功能，所组装的仿生手性MOF凭借其宽敞的内部分子传输孔道与丰富的手性识别位点，分离范围实现大幅拓展，并能以ee值高达99.9%的选择性高效分离β-硝基醇（2a-d）、扁桃酸甲酯（3a-d）、α-苯乙醇（4a-e）、吲哚啉酮（5a-d）以及α-苯乙胺和柠檬烯等多种官能结构、分子尺寸迥异的手性药物合成中间体（图4），还首次实现了分子尺寸超2.0 nm的手性仲醇的高选择性分离（ee=99.1%，4e），表明了其对手性大尺寸分子的分离潜力。针对结构更加复杂、尺寸更加庞大的萘普生、奥美拉唑、托吡卡胺、益康唑等市售手性药物（6a-d），该仿生手性MOF材料同样能实现高效拆分，制备出光学纯度高达99.9%的手性药物，充分彰显了其在医药领域的实际应用价值。这让其也成为迄今已报道的最为优异的对映选择性与底物普适性兼具的晶态多孔手性分离材料之一。
图4手性MOF分离的外消旋药物分子及中间体
为考察该仿生手性MOF材料的工业化应用潜力，研究团队将其与聚偏二氟乙烯（PVDF）复合，制备出手性混合基质膜，也实现了氧化苯乙烯、1-苯乙醇等手性分子的连续分离。该膜在10分钟内可获得光学纯度为99.1%的氧化苯乙烯，30分钟内可获得光学纯度为97.1%的1-苯乙醇（图5），为手性药物的连续化、规模化制备提供了新途径，展现出良好的工业应用前景。
图5晶态手性MOF混合基质膜的分离性能
总之，该研究团队开发了一种大孔腔仿生手性分离材料的有效组装策略，实现了手性药物的高选择性、广谱性分离，为后续设计开发新型手性分离、手性传感和手性催化等功能仿生材料提供了重要的理论指导和技术参考。研究工作得到了国家自然科学基金的资助以及合肥工业大学分析测试中心、国家蛋白质科学研究（上海光源）设施等平台的大力支持。
论文网址：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c22595
（朱成峰/文 吴祥/图 从怀萍/审核）
责任编辑：程婷婷
