上海交大朱新远和王友付团队：杂化分子笼的精确构筑

自然界存在大量不同尺度和功能的精确结构。作为微观基元和宏观世界的桥梁，化学组分和空间结构精确的纳米体系将有助于人们理解微观和宏观之间的演变过程。国家自然科学基金委化学科学部也连续在“十三五”和“十四五”期间将精确合成作为首个优先发展领域。由此可见，精确纳米体系的可控构筑是化学科学基础而历久弥新的主题。

作为一类精确纳米体系，分子笼因具有多孔性和强调节性而受到越来越多的关注。按模块间的键合方式，分子笼可分为共价有机笼（COC）和金属有机笼（MOC）。经过多年研究，分子笼逐步由简单体系发展到复杂体系、从分立结构延伸到无限结构，其性质和应用也得到了极大的拓展。然而，如何结合两类分子笼的优势，得到结构精确的杂化分子笼，一直是该领域的研究空白。杂化分子笼不仅能结合两类分子笼的优势以协同实现结构、性质和功能的按需组合，同时能探索其性质和功能的演变过程。

杂化分子笼研究的难点在于大多数分子笼是各向同性的，倾向于形成分立结构或无限结构。针对这一难点，作者拟通过各向异性COC配体与金属离子配位形成杂化分子笼。该课题组设计合成了含一个间苯二甲酸单元的各向异性COC配体，其具有良好的溶解性和结构稳定性。通过外界配体的协同，该COC配体可以与铜离子形成行星-卫星结构的多种杂化分子笼，其含有不同拓扑的MOC行星和不同数量的COC卫星，如图1所示。

图1 具有行星-卫星结构的杂化分子笼的精确构筑。

通过多种实验和表征手段，所得的杂化分子笼显示出均匀、离散、稳定的精确纳米结构，且具有良好的溶解性和成膜性。本文首次将两类分子笼巧妙结合得到结构明确且可调节的杂化分子笼，该策略能调节COC和MOC的结构以及两类分子笼间的连接模式，从而构筑更多精确的杂化分子笼体系。本文在两类分子笼的研究间架起了桥梁，为该领域的发展提供新的发展方向；杂化分子笼也有望为“纳米原子”提供新的研究基元拓展超分子组装的类型和行为。

相关成果近期在线发表于Science China Chemistry。硕士研究生余宸娟和杨盼为论文的共同第一作者，王友付助理研究员为通讯作者。详见：Chenjuan Yu, Pan Yang, Xinyuan Zhu, Youfu Wang^*. Planet-Satellite Cage Hybrids: Covalent Organic Cages Encircling Metal Organic Cage. Sci. China Chem., 2022, doi: 10.1007/s11426-022-1211-5

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通讯作者简介

王友付 上海交通大学化学化工学院助理研究员。2011年和2016年于华东理工大学获得学士和博士学位，2016年~2018年于上海交通大学化学化工学院从事博士后研究工作，2018年10月起任上海交通大学化学化工学院助理研究员。主要从事精确纳米结构的可控构筑及应用探索、纳米医药等。