企图仿造自然物质的合成化学家们的努力在过去10年中取得了显著成就,已经出现了对人造酶、光合物质和自动组合分子的设计、赖恩等人描述了对一类模仿DNA双螺旋结构的新化合物的配制过程。这些化合物的显著特点之一是通过线性前体与单价铜核相互作用由线性前体自发组合双螺旋阵列。它们的结构是一种奇妙的“里向外翻”的DNA结构的类似物。

铜(I)倾向于近似四面体几何形状,赖恩小组在其工作中建造螺旋的秘密在于选择一种能键联于金属核一个序列的二合模式中的多核配位体。基于寡核吡啶的配位体证明是适于这一目的的理想物质,与正确的“定位”基团相结合的位于每一核心的四面体几何形状允许在一系列金属核周围建造双螺旋配位体阵列。

在赖恩小组的新的工作中,他们把脱氧核苷代用品弓;向建造于3或5个铜(I)核周围的双螺旋的外侧。如此构造的分子表现出许多核酸的特有的结构特点,但总的结构意义却不大相同。赖恩钓新化合物与DNA均具有双螺旋几何形状,均含有脱氧核苷,均带电并显示出大体上共面的芳族环之间的多层堆加相互作用。但在DNA中,脱氧核苷位于双螺旋之内,层结位于脱氧核苷之间,总电荷是负的,而在赖恩的化合物中,脱氧核苷却在双螺旋的外侧,层结在寡核吡啶之间,总电荷是正的,正如赖恩小组指出的那样:新分子的结构不禁使人想起Linus Dauling最初提出的DNA结构,在该结构中,脱氧核酸位于外侧,带电的磷酸盐团朝内。

这些有趣的新化合物为研究崭新的一类DNA-分子相互作用提供了机会,赖恩复合物的这些附加螺旋脱氧核苷可能会夹入或参与DNA与三螺旋氢键联的相互作用。该金属络合物带正电,应当显示出与带负电的DNA表面有强烈的静电相互作用。含有其它感光金属核的双螺旋络合物的开发使生成巴顿等人研究过的那种特定位核酸酶成为可能。那些含有取代1,10-邻二氮杂菲的八面体转换金属络合物显示出与DNA进行非共价键相互作用的能力。如果金属核具有光活性或氧化还原活性,就可能使光化反应或氧化反应在金属核与糖磷酸盐主链的氧化断裂反应偶合。在其配位化合物中金属核特殊几何形状的要求已被用于许多其它分子结构的精致的实例中。索维奇和他的小组在组合一系列格外美妙的分子过程中已经大量使用了四面体铜(I)核。其中最简单的核是套环轻,它们可被视为一条分子链中的2个(或更多)的链环。它们被配位于一个四面体铜(I)核的2个功能化二合1,10-邻二氮杂菲的闭合环所组合。

如果这些1,10-邻二氮杂菲衍生物被一条适当的定位链连接起来,那么,一种双螺旋络合物就会在类似赖恩等人观察到的过程中被组合成功。这种化合物中的闭合环不会导致产生套环烃,而会导致产生一个配位三叶节,经氰化物处理后可从中获得游离配位体。这种异乎寻常的合成只有通过金属离子控制配位反应物的构型才能得到。

三齿配位体也可用于双螺旋列阵的自发组合,最近,威廉小组已经提供了一个这方面的实俐。铜(I)核又一次被用作金属核控制螺旋构型。前不久,二级变相金属也证明能引导双螺旋配位体列阵的自发组合。

虽然这些拓扑控制实例中的许多例子依靠一个金属离子控制反应物的几何形状,但也可用其它分子间的相互作用做到这一点。斯托达特等人在一项套环烃的高产頟无金属单穴合成中已经利用了富电子芳烃系统与贫电子芳烃系统之间的层结相互作用。

控制分子集聚的自组合的分子间相互作用能力,特别是那些含有金属离子的相互作用,是当前人们最感兴趣的一个领域。利用这样的相互作用可对产品的构型和化学计量进行非常具体有效的控制。由这些研究产生的一套方法代表了一种“有机”和“无机”技术与专门知识的结合,为合成形状极佳具有显示与生物分子进行奇异而专门的相互作用潜能的饶有趣味的化合物提供了强有力的新途径。

[Nature,1990年9月20日]