非手性基于TPE的四阳离子环蕃（1-2）的一锅法合成策略和自适应手性特征

与生物分子在水中聚集和/或结合时，多数常规荧光探针表现出ACQ效应。为此，化学家探究出了AIE活性探针——其在溶液中不发射，由于分子内旋转（RIR）受限，在聚集时有强荧光。另一方面，许多手性生物分子CD信号极弱或难以检测，且由于缺乏共轭基团而没有荧光发射。四苯乙烯（TPE）具有AIE性质，增强了荧光响应能力，且由于动态顺式（P）和反式（M）旋转构象具有手性响应能力。

基于以上研究背景，我们报道了非手性基于TPE的四阳离子环蕃（1-2）的一锅法合成策略和自适应手性特征。X射线单晶结构表明，其具有较大的阳离子疏水空腔和两个TPE单元。基于空腔和响应单元，作为大环主体的水溶性1·4Cl-通过疏水效应和空腔内的静电相互作用，对客体ATP具有选择性识别和荧光增强。另一方面，1·4Cl-作为DNA探针可以通过静电相互作用和疏水效应DNA的主要沟槽，产生荧光增强和诱导负CD信号的双重响应，检测限较低。

由1·4PF6-的单晶结构可知，单个环蕃几乎呈中心对称，有一个14.6Å×17.9Å的大空腔。两个TPE单元同时采用P和M旋转构象，使得环蕃1为内消旋结构（图1a）。此外，环蕃1的空腔促进了两个环蕃分子的两个TPE单元之间的二聚（CH-π和π-π相互作用）（图1b,c），从而进一步形成线性聚轮烷和互锁网络（图1d,e）。

环蕃1和2在各种溶剂中具有**的AIE发射。考虑到环蕃的阳离子特性和大的疏水空腔，我们选择了一系列带负电荷的核苷酸作为客体。结果表明，1·4Cl-对核苷酸表现出不同的荧光响应。水溶液中ATP对1·4Cl-的荧光滴定显示，在555 nm处，1的发射强度急剧增加（图2a,b）；其他核苷酸（除ATP和AMP）导致荧光强度中等程度增强（图2b）；而AMP仅观察到微弱的荧光响应，这表明主客体识别的主要驱动力是主体（吡啶单元）和客体（磷酸基团）之间的静电相互作用。基于TPE单元的AIE性质，荧光增强可归因于通过**从TPE单元到1·4Cl-吡啶单元的分子间光诱导电子转移（PET）过程以及聚集过程中1·4Cl-的TPE单元的RIR。

对于磷酸基团数量相同、碱基不同的核苷酸（如ATP、UTP、CTP和GTP），1·4Cl-滴定过程中饱和荧光强度也不同，这表明碱基也可能通过疏水作用影响与1·4Cl-的结合能力。Job图表明形成了1:2的主客体复合物（如1⊃ATP2）。与1·4Cl-相比，2·4Cl-识别核苷酸的荧光响应较弱，且无**的选择性（图2b）。因此，基于环蕃与核苷酸的荧光响应，1·4Cl-可作为DNA分子的理想探针（图2c,d）。

基于TPE单元的P/M旋转构象，环蕃1可在主客体复合物中通过手性客体到非手性主体的手性转移和诱导，在长波区（300–500nm）表现出自适应手性，诱导CD响应。结果显示，1·4Cl-在水溶液中无任何明显的Cotton效应，表明两个TPE单元采用了内消旋（PM）旋转构象。由于1和核苷酸衍生物在空腔内结合，客体的手性结构远离外部TPE单元，故手性从手性核苷酸转移到1·4Cl-或2·4Cl-是无效的；而当DNA滴定到1·4Cl-的水溶液中时，在320–470 nm处产生了新的CD信号（对应于1·4Cl-的π-π跃迁），有力的证实了DNA的手性转移到了非手性主体上，在主客体络合过程中通过**的空间手性转移形成具有动态手性的手性主客体复合物（图3）。

smDNA和ctDNA滴定环蕃1的CD光谱显示（图3a,b）：（1）检测到新的负CD信号，中心位于380nm，属于1·4Cl-中TPE单元的吸收区。这表明1·4Cl-的自适应手性被打开，表明1·4Cl-和smDNA/ctDNA之间的络合更倾向于产生TPE单元的优先旋转构象，**实现从DNA到1·4Cl-的手性转移和诱导。（2）在200–270 nm和270–320 nm区域有两个更强的正和负CD信号，不同于相同浓度的游离DNA。这些CD特征表明1·4Cl-的TPE单元可能与DNA的主要或次要凹槽结合，转化为P构象，从而产生CD信号。此外，与1·4Cl-相比，由于蒽环的空间位阻，2·4Cl-的TPE单元不能插入DNA的主要或次要凹槽，相互作用较弱，构象控制较差，故诱导CD信号较弱（图3c,d）。

理论计算表明，环蕃的TPE单元与DNA分子可在主要凹槽结合，其中受限空间限制了TPE单元自由旋转以增强荧光（图4a）。SEM图像显示，DNA和DNA⊃1均形成左手螺旋纤维（图4b），表明M-螺旋纤维的手性环境通过手性转移诱导TPE的P构象，在长波区呈现负CD信号。此外，DNA纤维未显示任何荧光，而DNA⊃1纤维在405 nm下有强烈的荧光（图4c），这表明DNA通过与环蕃络合，可通过荧光响应来检测DNA。

综上所述，我们设计并合成了两个基于四苯乙烯的四阳离子环蕃1·4Cl-和2·4Cl-，两者均具有用于分子识别的较大的阳离子疏水空腔，以及两个用于荧光和手性响应的内消旋TPE单元。主客体化学表明，环蕃可包裹两个核苷酸分子形成1:2的主客体复合物，并通过疏水效应和静电相互作用增强荧光响应。此外，当1·4Cl-与DNA凹槽结合时，其自适应手性被打开，从而在水中产生荧光增强和诱导负CD信号的双重响应。因此，这些水溶性阳离子环蕃作为大环主体或探针可以识别具有多重正交响应的生物分子（如核苷酸和DNA），以提高生物相容性介质中生物分子检测的准确性。

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