分享一篇近期发表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，题目为High-Throughput Synthesis, Purification, and Application of Alkyne-Functionalized Discrete Oligomers。文章的通讯作者是来自加州大学圣巴巴拉分校的Craig J. Hawker教授。
合成低聚物在生物医药领域显示出巨大的应用潜力，如用作药物、蛋白质或核酸的递送载体。然而，与具有精确定义结构的小分子或生物大分子不同，合成大分子通常具有较高的分散度。因此，这种分散的混合物中的每种分子可能会表现出不同的治疗效果和毒性，限制了合成低聚物的未来应用。在前期工作中，作者团队开发了一种可控聚合和自动色谱分离相结合的策略，可以将分散的母体混合物分离成具有不同聚合度的离散低聚物。
本文中，作者开发了一种开环聚合和点击化学相结合的制备功能化低聚物库的高通量策略（图1）。他们通过上述的自动色谱分离策略将分散的低聚物混合物进行分离，从而准确控制低聚物的长度和结构纯度。接下来这些离散低聚物可以在96孔板中进行高通量点击功能化，从而得到离散低聚物库。此外，作者开发了一种基于纯化珠的纯化方法，可以从低聚物库中高效去除反应杂质和多余的试剂。
首先，作者通过(R)-缩水甘油基丙炔醚的开环聚合制备了炔基功能化聚醚低聚物，并用溴丙炔进行封端。通过对母体低聚物的自动色谱分离，他们得到了9个低聚物组分，从而制备得到一个离散低聚物库（图2）。
这些炔基功能化低聚物可以通过与不同的叠氮化合物的点击偶联来创建各种低聚物库，但点击功能化低聚物的高通量合成会导致纯化过程变得复杂。为了解决这一挑战，作者开发了一种含有二乙烯三胺和二苯并环辛炔（DBCO）单元的聚苯乙烯纯化珠，可以有效去除铜催化剂和过量叠氮化合物，并且通过简单的过滤即可获得纯化的离散低聚物，从而大大简化了纯化过程（图3）。他们将纯化珠添加到七聚体与叠氮苄基胍的反应混合物中，溶液由蓝色变为无色，而纯化珠变为蓝色，表明Cu2+离子被吸收到珠子中并从溶液中去除。对纯化低聚物的HPLC分析没有检测到铜催化剂配体和叠氮化合物峰，证明了该纯化步骤的有效性。
利用上述高通量合成和纯化平台，作者将色谱分离得到的9个低聚物分别与6种阳离子侧链基团偶联，从而得到了一个具有54种离散结构的低聚物库，并评估了这些低聚物的抗菌活性和细胞毒性（图4）。他们发现，低聚物链长和抗菌活性之间的关系高度依赖于阳离子侧链基团的性质，而大多数低聚物对HeLa细胞的毒性随着聚合度升高而增加。这些结果表明，多分散抗菌低聚物的毒性主要归因于分子量的增加。为了进一步说明，作者将HeLa细胞的IC50除以大肠杆菌的MIC50来计算每种低聚物的表观“治疗指数”。他们发现含有5 ~ 7个苯基脒基的低聚物（OC）表现出最高的治疗指数，表明这些低聚物在平衡功效和毒性方面的效果最好。
最后，作者研究了分散度对低聚物细胞毒性的影响（图5）。他们将离散的低聚物以不同的摩尔比混合，得到了平均聚合度均为7但分散度不同的混合物。通过将这些混合物与七聚体和色谱分离前的母体低聚物进行比较，他们发现随着分散度的增加，HeLa细胞活力明显下降。这一结果同样表明，高分子量成分的含量升高会导致低聚物的细胞毒性增加。
综上所述，作者开发了一种用于离散低聚物库的合成和纯化的高通量策略。该策略可以用于研究功能低聚物的构效关系，并为生物医学材料相关的离散合成低聚物提供了模块化和可扩展的获取途径。
DOI: 10.1021/jacs.4c00751
Link: https://doi.org/10.1021/jacs.4c00751
