中科院福建物构所孙庆福团队：阴离子识别诱导配位自组装研究获进展

【成果简介】

中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室研究员孙庆福及其团队在具有多种阴离子响应性键合的自适性配位自组装研究领域取得突破。研究发现：半刚性双苯并咪唑桥连配体（1）与具有平面四方配位构型的钯离子在不同阴离子存在条件下可以自组装得到5种不同尺寸的Pd_nL_2n (n = 3, 4, 5, 6, 7)型的金属有机大环受体，并通过NMR、ESI-MS、X射线衍射等手段对其进行了结构确认。晶体结构解析证明，大环内表面的咪唑氢原子与阴离子形成多重氢键作用，并对最终的自组装结构起了模板作用。同时，多级串联阴离子滴定实验总结了基于阴离子构型和尺寸的诱导匹配原理的各个多元环受体之间相互转化规律，并揭示了在NO₃^-诱导七元环转化三元环的过程中存在六、五、四元环中间体的存在。基于以上发现，作者提出了阴离子客体和金属有机大环之间的氢键作用推动的诱导匹配自适应转化机理。该工作为新型阴离子受体的结构设计提供了一条新思路。上述研究工作以题为“A self-assembled Pd₂L₄cage that selectively encapsulates nitrate”发表于Nature Communications上。

【图文导读】

图1 晶体结构透视图及氢键相互作用示意图

（A）具有一个包封的NO₃^- 阴离子的2a的晶体结构透视图

（B）在NO₃^-和苯并咪唑配体之间发现的氢键相互作用（用绿色虚线突出显示）

图2  复合物(NO₃⊂2)·(BF₄)₃的ESI-Q-TOF质谱分析

其显示出对应于[(NO₃⊂2)·(BF₄)_3−n]^_n+, (n = 1–3)的m/z分别为2202.5594,1057.7774,676.1837处观察到的突出峰

【研究内容】

阴离子化学在食品、医药、环境等领域发挥着十分关键的作用。对特定阴离子具有选择性识别和传感作用的人工受体的设计合成一直是超分子化学的重要研究内容。此前，文献中已经报道了大量的纯有机或有机-无机杂化的大环或者笼状阴离子受体分子。然而，前人的工作往往是利用刚性模块来构筑具有固定尺寸和构型的超分子受体，以实现对特定阴离子的专一选择性。这使得多数阴离子受体结构单一且没有普适性。因此，设计具有多种阴离子识别行为、且具有诱导匹配自适应型的超分子受体具有重要的科学意义。

此前，该课题组还报道了具有特异性硝酸根识别功能的分子容器型超分子受体设计与合成工作，并被选为杂志的内封面加以介绍（Chem. Commun. 2015,51, 16767.DOI:10.1039/c5cc07306e）。

该研究获得中科院战略性先导科技专项（B类）、国家基金委“无机-有机杂化功能材料”创新群体、中组部“青年千人计划”项目、国家自然科学基金面上及青年项目、福建省“杰出青年”基金等的资助。

原文链接：http://www.cas.cn/syky/201706/t20170628_4606744.shtml

文献链接：A self-assembled Pd₂L₄cage that selectively encapsulates nitrate (Nat.Commun.,2017,DOI:10.1038/ncomms15898)

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