作者仅2人！复旦大学「国家杰青」，Nature Synthesis！
学术
2025-01-17 07:09
广东
博罗米尼结是一种具有独特结构和美学价值的交错拓扑结构，因其结构的完整性和分子间的相互作用成为了研究热点。然而，构建具有博罗米尼结拓扑的分子结构仍然面临诸多挑战，尤其是如何在分子层面实现这些复杂的交错结构。大多数博罗米尼结由三个相同的宏环组成，但基于笼的博罗米尼结结构相对较为罕见，尤其是三聚笼结构的构建。为了解决这一难题，化学家们开展了多种合成策略。有鉴于此，Stoddart等科学家提出了通过金属-配体配位作用自组装分子博罗米尼结的策略，成功合成了基于金属骨架的分子博罗米尼结，并对其合成方法进行了详细总结。与此同时，Fujita等人也通过笼状结构的交错合成激发了更多关于基于金属或有机骨架的笼状交错结构的研究。然而，基于笼的分子博罗米尼结的合成仍然面临设计和合成策略的局限性，尤其是在三聚笼结构的实现方面。为了解决这些问题，复旦大学金国新教授课题组在Nature Synthesis期刊上发表了题为“Synthesis of molecular Borromean links featuring trimeric metallocages”的最新论文。研究者们提出了基于配位笼的博罗米尼结合成策略，选用了四吡啶配体与二核构建单元相结合，成功合成了由三个相同配位笼构成的分子博罗米尼结。这些结构通过X射线晶体学分析、核磁共振光谱等多种方法得到了确认。该研究不仅丰富了博罗米尼结的类型，也为更复杂分子结构的设计与合成提供了新的思路。复旦大学化学系教授，博士生导师，国家“杰出青年”基金获得者，德国洪堡基金会“洪堡奖”获得者，享受国务院政府特殊津贴，欧洲科学院外籍院士。（1）实验首次构建了基于笼状结构的分子博罗米金属环，得到了由三个相同的配位笼组成的博罗米尼结拓扑结构。该结构包含超过1,100个非氢原子，特别是24个铑(III)/铱(III)离子和六个钠(I)离子。（2）实验通过选择来源于二苯并-18-冠-6的四吡啶配体和两个二核构建单元，利用芳香堆叠相互作用实现了三个配位笼的交错连接。这一过程采用了自下而上的合成策略，成功合成了两种高产率的分子笼状博罗米金属环。（3）通过X射线晶体学分析、核磁共振光谱、电喷雾离子化飞行时间/质谱（ESI-TOF/MS）和元素分析，确认了这两种结构的准确性和稳定性。图 2：基于金属环的 Borromean 连接的设计和合成图 5：两种基于金属定位的 Borromean 链路的设计和合成本文为分子博罗米尼结的构建提供了新的思路与方法，展示了分子笼结构在拓扑学研究中的巨大潜力。通过合理设计配体和选择合适的二核构建单元，成功合成了包含多个金属离子的笼状博罗米尼结，为分子级别的复杂拓扑结构构建提供了新的模板。该研究的成功不仅证明了非共价相互作用（如π···π堆积和C–H···O相互作用）在维持分子结构稳定性中的重要作用，也为未来在分子自组装领域的研究提供了重要的指导意义。此外，基于此策略构建的博罗米尼结拓扑结构，展示了分子设计在高度精确控制结构和功能方面的巨大潜力。通过结合多种分析手段（如SCXRD、NMR、ESI-TOF/MS和元素分析），本文还进一步验证了合成方法的可靠性和可行性。这些成果不仅对理解和开发分子级别的拓扑结构有重要启示，也为未来合成更加复杂的分子系统提供了理论支持和实践参考。Zhang, HN., Jin, GX. Synthesis of molecular Borromean links featuring trimeric metallocages. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00720-4🏅 我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。👏👏👏
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