英文原题：Fine Tuning of Tyrosine-Derived Amphiphilic and Bolaamphiphilic Gelators for the Formation of pH-Responsive Supramolecular Gels
通讯作者：Simone D’Agostino、Claudia Tomasini，意大利博洛尼亚大学 Giacomo Ciamician 化学系
作者：Fabia Cenciarelli, Demetra Giuri, Silvia Pieraccini, Sofia Chinelli, Devis Montroni, Simone D’Agostino, Claudia Tomasini
研究背景：
低分子量凝胶剂（LMWG）依靠氢键、π-π堆积和疏水作用等非共价相互作用自组装为纤维网络，从而固定大量溶剂并形成“软固体”。此类超分子凝胶的网络主要由非共价相互作用维持，具有较强的结构可调性，可通过改变pH或溶剂条件调控其自组装行为，并在维持网络的相互作用受到扰动时发生解组装。但这种可调性同时带来分子设计难题：相互作用过弱时无法形成贯通纤维网络，过强时又可能直接形成晶体或致密沉淀。因此，头基数量、脂肪链长度、分子对称性和柔性之间的细微变化，都可能使体系在“稳定凝胶”与“非凝胶沉淀”之间切换。
图1. 六种酪氨酸衍生物在pH由约11降至约4后的宏观行为：1-3形成沉淀，4和6稳定成胶，5短时成胶后转为沉淀
内容介绍：
近日，意大利博洛尼亚大学Claudia Tomasini、Simone D’Agostino团队在Precision Chemistry报道了一组O-苄基-L-酪氨酸脂氨基酸，通过“单头两亲分子-双头两亲性分子（bolaamphiphile）”的结构对照与脂肪链长度梯度，系统寻找pH响应成胶的结构窗口。研究共构筑6个化合物：辛酸（C8）、月桂酸（C12）和棕榈酸（C16）对应单头两亲衍生物1-3；己二酸（C6）、庚二酸（C7）和壬二酸（C9）则连接两个Tyr(Bn)单元，形成双头bola衍生物4-6。体系先在pH≈11使羧基去质子化而溶解，再加入葡萄糖酸-δ-内酯（GdL）缓慢降至pH≈4，促使羧基质子化并触发自组装。结果显示1-3均形成非凝胶沉淀；4和6形成稳定凝胶，而5约3 h形成凝胶后逐渐转为白色固体。
图2. 双头两亲性衍生物4–6形成的凝胶经冷冻干燥后的扫描电子显微镜（SEM）图像。上：4，浓度为0.6%（w/v）；中：5，浓度为1.0%（w/v），分别在加入GdL后3 h和18 h取样；下：6，浓度为0.5%（w/v）。左、右分别为较高和较低放大倍数的图像，放大倍数根据样品特征尺寸调整。红色箭头标示6中具有螺旋缠绕样形貌的局部纤维结构。
最低成胶浓度进一步揭示了连接链长度的重要性：Aze-[Tyr(Bn)]2 6仅需1.4 mM（0.1% w/v）即可形成透明自支撑凝胶，显著低于Adi-[Tyr(Bn)]2 4的9.5 mM（0.6%）和Pim-[Tyr(Bn)]2 5的14.9 mM（1.0%）；5所得凝胶为亚稳态，约16 h内逐渐变浑浊并析液；18 h样品的SEM中可观察到带状晶态结构和约100 μm的球晶，表明其发生了凝胶向晶体的转变。流变结果进一步表明6具有最高的储能模量。在1.0%（w/v）和1%应变条件下，4和6在制备16 h后，其储能模量（G′）和损耗模量（G″）分别为1.87和0.23 kPa，以及28.34和6.28 kPa；5在成胶3 h时的G′和G″分别仅为0.39和0.27 kPa，并在约2.6%应变处出现G′与G″交叉。对冷冻干燥样品的SEM观察显示，4呈较致密的纳米纤维形貌，纤维厚度约为4–45 nm；5在3 h时可见80-400 nm、连接较弱的粗纤维，18 h后转为带状晶体并形成约100 μm球晶；6则形成约4-14 nm的细长缠结纤维和高度互联的多孔网络。制备18 h后，4〔0.6%（w/v）〕和6〔0.5%（w/v）〕的电子圆二色性（ECD）光谱在约235 nm和208 nm处分别出现正、负信号，其谱型与已报道的仿胶原短肽水凝胶的ECD特征相近。6的负峰强度高于4，提示其可能具有更高的超分子有序度。结合SEM观察到的螺旋缠绕样纤维形貌，作者提出了形成类胶原螺旋组装体的可能性，但现有证据尚不足以明确其具体螺旋结构。
总结/展望：
在本研究的Tyr(Bn)衍生物范围内，结果表明bola型结构是pH诱导成胶的关键条件，而连接链长度与柔性进一步调控成胶效率和稳定性。作者据此提出一种可能的结构解释：双头两亲性分子含有两个Tyr(Bn)单元，可提供更多潜在的π–π堆积位点，并通过末端羧基形成分子间氢键。单晶X射线衍射分析显示，从甲醇中获得的化合物5单晶中存在分子间环状羧酸二聚体及酰胺基团间的氢键。这些晶态结构结果为作者提出的组装机制提供了参考，但尚不能据此确定水凝胶中的具体分子堆积方式。连接链作为间隔有助于延缓分子迅速塌缩为致密沉淀，从而促进纤维间关联和三维网络形成。在bola型衍生物4–6中，连接链长度和柔性进一步影响凝胶效率与稳定性。具有最长壬二酸连接链的6表现出最低成胶浓度、最高储能模量和互联程度最高的纤维网络，其优异性能可能与壬二酸连接链赋予的较高分子柔性和长程结构关联能力有关；5则位于成胶与结晶之间的临界区域。
Cite this: CCenciarelli, F.; Giuri, D.; Pieraccini, S.; Chinelli, S.; Montroni, D.; D’Agostino, S.; Tomasini, C. Fine Tuning of Tyrosine-Derived Amphiphilic and Bolaamphiphilic Gelators for the Formation of pH-Responsive Supramolecular Gels. Precision Chemistry 2026. https://doi.org/10.1021/prechem.5c00326