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Chemistry Methods:稳定的糖-氯化钠-水络合物的发现2023-10-03
单糖作为碳水化合物的基本单元,广泛存在于生命体内。与此同时,生理盐水(0.9% 氯化钠水溶液)在临床有广泛的应用,也是人体细胞生存和发挥正常功能的必需环境。一定浓度的葡萄糖、氯化钠水溶液很早已经被用于临床治疗严重脱水,但具体的分子机理不明。

多糖如纤维素、淀粉是植物光合作用储存能量的主要形式,也是人类日常用品、工业原料及生物质能源的重要原料。最近氯化钠作为一种廉价易得的催化剂或促进剂被广泛应用于多糖、单糖的化学转化,但具体的催化机理或促进机理尚不明确。基于以上两种主要原因,研究单糖和氯化钠在水溶液中的水合和二者的相互作用有重要的生理学和化学催化意义。

使用有机化学工作者常用的核磁氢谱方法,作者们发现重水溶剂中的HDO的位移变化跟氯化钠盐溶液的浓度量化相关,这个发现表示氯化钠水溶液中因氯化钠破坏水分子镞产生的体积收缩效应可以单独量化。进一步利用这种量化相关将HDO峰作为动态外标,作者们成功地将氯化钠单糖水溶液的两种常见的作用力——“体积收缩效应”和“络合作用”区分开。系统的单糖核磁位移与盐溶液的浓度表明二者是非线性相关关系。这种非线性相关对理解氯化钠如何催化或促进多糖、单糖的化学转化,怎样最大程度地提高效率提供机理证据。据此,作者们还提出两类在不同盐溶液浓度下的单糖-氯化钠-水络合物结构。在生理盐水下的络合物结构对人体内对钠离子敏感的糖吸收通道为何会对葡萄糖的选择性吸收(对同等浓度下的果糖不吸收)提供了分子机理解释。文章结尾还对高盐浓度下的(2 M)单糖-氯化钠-水络合物结构对于在分子水平下解释沉淀的聚合物电解质在此条件下“再溶解效应”表示乐观。

 

 

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最近,HDO峰的量化变化还被扩展到与不同有机溶剂上,利用有机化学工作者比较熟悉的核磁氢谱水杂峰的在不同有机溶剂中位移变化,与各种单分子-有机溶剂分子的络合物对应起来。这些初步的单分子水络合物研究已经被用于解释“水面催化”(on water catalysis)的分子机理、如何促进水在有机合成中的亲核能力的机理研究、及理性设计水合作用导致的有机合成立体反转(有机小分子催化)。

(注:这三部分工作还未经同行评审)

文信息

1H NMR Elucidation of Observed Stable Sugar-NaCl-water Complexes in Aqueous Solution**

Gan Zhu, Hui Li, Prof. Dr. Yiqun Li, Dr. Liuqun Gu

Chemistry—Methods

DOI: 10.1002/cmtd.202200063