吉林大學楊英威課題組ACSAMI：基于新型半剛性分子夾的分子晶體變速器

【引言】

超分子化學的誕生和發展始終伴隨并依賴于人工合成超分子受體分子的創新和發展，而開環超分子受體以其良好的空腔延展性，構象的多樣性以及廣泛的客體選擇性等優勢得到了超分子化學工作者們的廣泛關注與報道。同時，人工合成受體的快速發展是推動超分子化學與材料領域蓬勃發展并使其走向應用的關鍵環節。因此，新型人工開環受體的設計與合成一直是有機超分子化學及超分子功能材料領域極具挑戰的研究熱點之一。

【成果簡介】

近日，吉林大學化學學院、納微構筑化學國際合作聯合實驗室楊英威教授課題組通過高效率一步法成功設計并合成了一種新穎的夾型開口超分子受體即分子夾，通過晶體結構分析證實了該分子夾具有良好的空腔自適應性、優異的客體選擇性與鍵合能力，以及多樣化并高度可控的分子構象。同時，該研究團隊證實了該分子夾可通過重結晶等方式構筑得到一種可用于高效率碘溶液和碘蒸氣吸附的非孔分子晶體材料。同時，不同的分子夾構象表現出了對碘單質不同強度的識別與結合能力，使其在溶液相中表現出了變速率客體吸附結合的新穎現象。進而，該團隊基于該種變速吸附現象總結并提出了一種基于分子晶體構象多樣性而引起的固液相或固氣相分子間鍵合能力高度差異化性質體現的分子晶體變速器新概念，使其有望在能源材料、核廢料處理、晶體工程和藥物遞送等諸多領域帶來新的研究突破口。相關成果以“Semi-Rigid Molecular-Clip-Based Molecular Crystal Gearshift”為題發表在美國化學會的《ACS Applied Materials & Interfaces》雜志上，論文第一作者為該課題組在讀博士研究生吳佳睿。

【圖文導讀】

圖一: 新型分子夾超分子受體的合成路線及其系列主體/主客體單晶衍射結構

（a）新型分子夾的合成路線；（b）分子夾的α構象單晶衍射結構；（c）分子夾與二氯甲烷分子的主客體單晶衍射結構；（d）分子夾與水分子的主客體單晶衍射結構；（e）分子夾與碘分子的主客體單晶衍射結構；（f）分子夾與間二甲苯分子的主客體單晶衍射結構；（g）分子夾的β構象單晶衍射結構。

圖二:不同構象的晶態分子夾在碘的正己烷溶液中和碘蒸氣環境下對碘單質的吸附效果對比

（a）α構象晶態分子夾，β構象晶態分子夾以及與二氯甲烷分子主客體絡合的晶態分子夾在碘的正己烷溶液中對碘單質的吸附去除效果圖;（b）通過紫外吸收光譜來定量繪制不同構象晶態分子夾在碘正己烷溶液中的吸附速率曲線;（c）不同構象晶態分子夾在碘蒸氣環境中對碘單質的吸附效果圖。

圖三: 不同構象的晶態分子夾所構筑的變速碘吸附循環示意圖，即文中所述的分子晶體變速器理念的直觀表現

圖四: 不同構象的晶態分子夾（不同速率擋位）的構筑方法，以及不同速率擋位之間的互變方法

【小結】

1.作者通過一步法高產率設計合成了一種新型的開口夾形超分子受體-分子夾，且相對于傳統的夾型超分子受體，其合成方法更為簡便快捷，并具有較高的合成產率。

2.該分子夾表現出了優異的空腔自適應性、廣泛的客體選擇性和高度可控的多重構型構象。

3.作者證明了這種分子夾在結晶狀態下是一種高效率碘單質吸附材料。

4.作者通過利用不同構象的晶態分子夾材料構筑了一種變速率碘單質溶液的吸附循環過程，進而提出了一種被稱之為“分子晶體變速器“的研究理念和新方向。

原文連接：Semi-Rigid Molecular-Clip-Based Molecular Crystal Gearshift (ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 998-1003)

楊英威教授個人簡介：

楊英威，吉林大學化學學院、納微構筑化學國際合作聯合實驗室教授，博士生導師。2000年畢業于南開大學化學系取得學士學位，同年保送本校直攻博，師從劉育教授，并于2005年取得南開大學理學博士學位；2005年至2010年，他先后在美國Arizona State University、University of California, Los Angeles和University of California, Irvine從事博士后研究工作，合作導師分別為John C Chaput教授(現任職于University of California, Irvine)、Sir Fraser Stoddart院士(2016年諾貝爾化學獎獲得者，現任職于Northwestern University)和Zhibin Guan教授。2011年起就職于吉林大學化學學院。楊英威教授主要研究領域為有機超分子化學、有機-無機雜化材料和智能高分子復合材料。應邀擔任Matter?(Cell Press), Scientific Reports?(NPG)，《重慶理工大學學報（自然科學）》和《中國化學快報》等雜志顧問編委、編委或青年編委，歐盟委員會2017年ERC Advanced Grant基金會評專家?(合成化學與材料評審小組)，以色列科學基金會、比利時弗蘭德研究基金會、智利國家科學技術委員會、英國肺基金會、國家自然科學基金、中國博士后基金等基金評審人，Sci. Adv.、Nature Comm.、Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.和Angew. Chem. Int. Ed.等百余種SCI期刊的特邀審稿人。迄今為止在Acc. Chem. Res., Chem. Soc. Rev., Chem, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Small, Chem. Sci., Chem. Mater., ACS Appl. Mater. Interfaces, Chem. Commun.等重要期刊共發表SCI論文150余篇，應邀撰寫專著章節五章。科研成果被Nature, Nature Chemistry, Nature Materials, ACS Noteworthy Chemistry, Chemistry World, ChemistryViews, Materials Views, ScienceDaily等期刊媒體報道百余次。科研成果入選“2013年中國百篇最具影響國際學術論文”、“領跑者5000中國精品科技期刊頂尖學術論文”和十余種雜志優秀論文、高影響力論文和高引論文，并獲得吉林省自然科學學術成果獎二等獎(2015)。個人入選科睿唯安2017年“全球高被引科學家” (2017 Highly Cited Researcher, Clarivate Analytics)、愛思唯爾2017年“中國高被引學者” (2017 Chinese Most Cited Researcher, Elsevier)、2017年英國皇家化學會“Top 1% 高被引中國作者”、Science China Chemistry Top 30高被引作者、英國皇家化學會Polymer Chemistry Pioneering Investigator、英國皇家化學會ChemComm Emerging Investigator、吉林省第六批拔尖創新人才、吉林大學培英工程計劃、吉林大學國家杰出青年基金后備人選培育計劃和吉林大學化學學院青年教師創新能力提升計劃等。

本文由吉林大學化學學院、納微構筑化學國際合作聯合實驗室楊英威教授課題組供稿，材料人編輯部編輯。

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