Angew | 天津师范大学李斌博士在有机分子笼的定制合成研究中取得进展

学术 2024-12-30 15:14 广东

导读

天津师范大学智能分子交叉科学研究院和化学学院教师李斌博士在有机分子笼的定制合成研究中取得进展，相关成果以“General and Modular Synthesis of Covalent Organic Cages for Efficient Molecular Recognition”为题，发表在Angewandte Chemie International Edition杂志上。

图1. 模块化策略合成共价有机分子笼示意图

笼状分子具有独特的3D密闭空腔结构在分子识别、吸附/分离、催化、药物递送等领域受到广泛的关注。配位键和动态共价键由于其可逆性和自纠错能力，能够高效产生分子笼，但是该类自组装分子笼通常具有较差的结构和化学稳定性。基于非可逆共价键构筑的有机分子笼能够有效解决自组装笼稳定性差的问题。然而，它们的合成通常需要片段偶联、多步反应，导致较低的环合产率。

基于以上问题，该团队提出了一种“模块化定制合成共价有机分子笼的通用策略”。该方法包含4种模块，首先，1个中心骨架模块（S）与3个延伸模块（E）和3个反应模块（R）通过一步或两步简单的Suzuki−Miyaura偶联高效制备具有3个反应活性位点三角形单体，进而单体和连接模块多聚甲醛在Lewis酸催化下进行一锅Friedel–Crafts缩合，即可产生所设计的分子笼（图1）。研究发现单体结构中S–E–R连接的角度对成笼至关重要，只有S–E–R角度为120°且2,4-二甲氧基苯作为反应模块或60°且2,5-二甲氧基苯作为反应模块时才能成功获得分子笼。通过合理的设计几种模块，成功获得一系列具有不同功能骨架、空腔尺寸及电性的共价有机笼，并获得2个分子笼的单晶结构，实现共价有机笼的可定制合成。此外，中性主体在有机相中高效识别中性客体是十分困难且具有挑战性的，典型的中心骨架电性不同的分子笼分别对缺电子的中性芳香二亚胺（G1‒G4）表现出强的键合能力，在极性溶剂最高键合常数达105 M−1，驱动力主要是疏溶剂效应和电荷转移作用。该工作为化学稳定的共价有机笼的合成及功能材料的设计提供了新思路和新方法。

天津师范大学化学学院赵翔和崔皓宇博士为论文共同第一作者，智能分子交叉科学研究院和化学学院青年教师李斌博士和李春举教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金（22201213）和天津市自然科学基金（22JCQNJC00730, 23JCZDJC00660）等基金支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202411613

来源：天津师范大学

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