天津師范大學智能分子交叉科學研究院和化學學院教師李斌博士在有機分子籠的定制合成研究中取得進展，相關成果以“General and Modular Synthesis of Covalent Organic Cages for Efficient Molecular Recognition”為題，發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition雜志上。
圖1. 模塊化策略合成共價有機分子籠示意圖
籠狀分子具有獨特的3D密閉空腔結(jié)構在分子識別、吸附/分離、催化、藥物遞送等領域受到廣泛的關注。配位鍵和動態(tài)共價鍵由于其可逆性和自糾錯能力，能夠高效產(chǎn)生分子籠，但是該類自組裝分子籠通常具有較差的結(jié)構和化學穩(wěn)定性。基于非可逆共價鍵構筑的有機分子籠能夠有效解決自組裝籠穩(wěn)定性差的問題。然而，它們的合成通常需要片段偶聯(lián)、多步反應，導致較低的環(huán)合產(chǎn)率。
基于以上問題，該團隊提出了一種“模塊化定制合成共價有機分子籠的通用策略”。該方法包含4種模塊，首先，1個中心骨架模塊（S）與3個延伸模塊（E）和3個反應模塊（R）通過一步或兩步簡單的Suzuki?Miyaura偶聯(lián)高效制備具有3個反應活性位點三角形單體，進而單體和連接模塊多聚甲醛在Lewis酸催化下進行一鍋Friedel–Crafts縮合，即可產(chǎn)生所設計的分子籠（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)單體結(jié)構中S–E–R連接的角度對成籠至關重要，只有S–E–R角度為120°且2,4-二甲氧基苯作為反應模塊或60°且2,5-二甲氧基苯作為反應模塊時才能成功獲得分子籠。通過合理的設計幾種模塊，成功獲得一系列具有不同功能骨架、空腔尺寸及電性的共價有機籠，并獲得2個分子籠的單晶結(jié)構，實現(xiàn)共價有機籠的可定制合成。此外，中性主體在有機相中高效識別中性客體是十分困難且具有挑戰(zhàn)性的，典型的中心骨架電性不同的分子籠分別對缺電子的中性芳香二亞胺（G1?G4）表現(xiàn)出強的鍵合能力，在極性溶劑最高鍵合常數(shù)達105 M?1，驅(qū)動力主要是疏溶劑效應和電荷轉(zhuǎn)移作用。該工作為化學穩(wěn)定的共價有機籠的合成及功能材料的設計提供了新思路和新方法。
天津師范大學化學學院趙翔和崔皓宇博士為論文共同第一作者，智能分子交叉科學研究院和化學學院青年教師李斌博士和李春舉教授為共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金（22201213）和天津市自然科學基金（22JCQNJC00730, 23JCZDJC00660）等基金支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202411613
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