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福建物构所客体驱动的稀土分子笼手性自组装与发光调控研究取得新进展

发布日期:2022年03月16日    浏览次数:281

    手性配位分子笼在对映选择性识别、传感和不对称催化等领域展示出良好的应用前景。目前已知手性配位分子笼主要有两种合成路线:一是从对映体纯的配体/金属有机前体出发进行立体选择性控制合成,二是通过手性辅基或抗衡离子对分子笼外消旋体进行手性后修饰拆分。受限于带有空腔特性的稀土配位分子笼的结构匮乏,其主客体化学性能仍亟待挖掘,特别是基于非共价的主客体弱相互作用,以手性客体作为模板来诱导稀土配位分子笼的立体选择性合成策略还未见报道。 


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稀土有机三明治到四面体笼的客体驱动自组装、结构转化和手性诱导 


  中科院福建物构所结构化学国家重点实验室孙庆福研究员团队近期在客体驱动的稀土分子笼手性自组装与发光调控方面取得重要进展。在前期工作中,作者发现配体间π-π堆积作用在稀土配位三明治结构的形成中起着至关重要的作用(Chin. J. Chem.2019, 37, 657-662)。在此基础上,通过引入富电子的芳香客体分子来破坏配体间的这种堆积效应,作者成功地实现了稀土有机四面体分子笼的模板控制合成。作者成功获得了所有8种非手性客体与稀土四面体的主客体复合物单晶结构,精确证明了主客间的相互作用机制,并通过核磁滴定定量分析了不同客体诱导能力的大小。基于单晶结构的体积计算表明,稀土离子丰富的配位构型赋予该四面体分子笼连续可调的底物自适应性空腔(从420到779立方埃)。光化学光物理性能测试表明,稀土分子笼对客体芘分子的非共价限域预安置作用不仅抑制了芘的激基复合物的发射,还促进了芘到主体笼的能量转移,有利于实现基于客体蓝光、主体铕铽分子笼红光和绿光的三基色白光发射。更重要的是,作者进一步以商品化的手性联萘酚或螺环二酚作为客体成功诱导了具有高不对称因子(|glum|=0.125)圆偏振发光性能的稀土四面体笼的立体选择性自组装,实现了小分子点手性到超分子拓扑手性的手性转录。 


  该研究不仅为手性配位分子笼的可控制备提供了一个新的合成策略,也打开了一条基于主客体能量转移的稀土配位超分子组装体的敏化发光新途径。相关研究成果以全文的形式发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.,2022,DOI: 10.1021/jacs.2c00760),文章第一作者是国科大博士研究生胡绍军。该研究得到国家自然科学基金及国家重点研发计划等项目的支持。