Intramolecular bonding as a design strategy for robust intermolecular binding of oligomers

分子内力 分子间力 低聚物 溶剂化 化学 熵(时间箭头) 计算化学 动力学 分子结合 组态熵 高分子 分子动力学 三聚体 化学物理 溶剂 氢键 结合能 构象熵 溶剂效应 分子间相互作用 材料科学 热力学 堆积 分子 聚合物 结合位点
作者
Mohammed Suliman Alshammasi,R. Kenton Weigel,Christopher A. Alabi,Fernando A. Escobedo
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:123 (19): e2534579123-e2534579123
标识
DOI:10.1073/pnas.2534579123
摘要

In this study, a combined multiscale-modeling and experimental framework is presented to elucidate design rules to optimize the binding thermodynamics and kinetics of sequence-defined oligomers. It is shown that, contrary to conventional notions, entropy can be designed to favor not only binding affinity but also the rapid hybridization of stable complementary complexes. This entropic gain of binding arises from a strategic interplay between intermolecular contacts and intramolecular interactions that maintain restricted oligomer conformations when unbound. Furthermore, our analysis underscores the important role that solvent quality plays in modulating this interplay through structural changes upon binding in both the oligomers and their solvation shells. While these insights are in principle chemistry-agnostic and can be deployed for a wide range of materials platforms and applications, oligocarbamates are used as testbeds for experimental validation. Oligocarbamates are economical DNA-mimics that, unlike DNA-based constructs, form stable Watson-Crick bonds in common nonaqueous solvents, are not susceptible to enzymatic degradation and can be economically produced at scale.
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