福建物构所六聚镧系有机胶囊―三级结构和涌现性功能研究获进展

发布时间：2024-12-24 01:54

涌现性，作为宇宙中的神奇现象，是指小的个体通过不断地累加和聚集，最终获得不同于原始个体的特性。自然界中的生物大分子（如蛋白质，核苷酸等）往往是通过非共价作用自组装成聚集体来发挥其生物功能。受此启发，分级自组装策略在构筑复杂精细超分子体系中表现出广泛的应用前景。在过去的几十年里，金属配位导向自组装已经成为设计合成复杂功能超分子结构的有效策略。此外，鉴于与金属离子相类似的配位行为（如配位数，配位几何等），阴离子模板合成和阴离子导向自组装在设计合成独特超分子结构中同样表现出重要的应用前景。截止目前，绝大多数金属有机超分子的性质和功能主要依赖于它们的一级和二级结构，更高级结构（三级或四级结构）的构筑和功能探索鲜有报道。在金属有机超分子体系中，多数配合物带有正电荷，往往伴随大量的抗衡阴离子。然而，由于受溶液相强溶剂化作用或固相结构无序的影响，阴离子的作用很容易被忽略。因此，修饰有强氢键受体基团的组装体有望通过进一步的阴离子配位导向组装来构筑多级结构。

在中科院战略性先导科技专项、国家杰出青年基金等项目的支持下，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六聚镧系有机胶囊―三级结构和功能涌现研究取得重要进展。通过逐级的金属配位导向自组装和阴离子配位导向自组装过程，作者成功构筑了首例镧系有机六聚体胶囊。连续的手性诱导和手性自分类组装过程，使得配体点手性的引入最终放大到纯手性的六聚体胶囊。六聚体涌现出许多孤立的螺旋体所不具备的新性能，如显著提高的水稳定性和聚集诱导荧光增强。此外，尽管螺旋体本身不具有空腔，聚集成三级结构后所形成的手性空腔不仅可以包裹烷烃类有机小分子和金属茂基化合物，而且可以立体选择性识别手性萜类药物分子。

六聚体稀土有机胶囊的分级构筑示意图

该研究不仅为构筑多功能镧系有机材料提供了一个可行的策略，而且对于深入理解自然界自组装过程具有一定的启示。相关研究成果发表在Journal of the American Chemical Society（DOI: 10.1021/jacs.1c01168），文章第一作者是博士研究生郭小青。国家蛋白质科学研究（上海）设施BL17B线站为该工作的X射线晶体学数据收集提供了及时有效的支持。

来源：福建物构所

论文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c01168

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