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   研究进展 :最新成果

 

氮杂杯[m]芳烃[n]吡啶—高效识别与传感富勒烯的新型大环主体分子

  在国家自然科学基金委、科技部、中科院等的大力支持下,中国科学院分子识别与功能重点实验室的科研人员经过多年努力,设计并成功地发展“片断偶联法”合成了氮杂杯[2]芳烃[2]吡啶(1)和氮杂杯[4]芳烃[4]吡啶化合物(2)新型大环主体化合物(1)。该类分子具有独特的分子和晶体结构:氮杂杯[2]芳烃[2]吡啶采取高度扭曲的1,3-交替构象(2),而氮杂杯[4]芳烃[4]吡啶化合物采取类似“双头汤匙”形状的1,2,3-部分锥式构象(3)。桥连氨基的引入不仅造成上述有趣的构象特征,而且通过与相连吡啶环的共轭效应造成该类大环主体分子的空腔表面电荷密度的增大。通过大环主体分子的空腔与球形的C-60分子的相互识别作用,氮杂杯[4]芳烃[4]吡啶化合物能够与C-60形成稳定的复合物,稳定常数高达70680±2060M-1,该类识别作用引起的颜色变化非常显著,其紫色到浅棕色的变化可用肉眼直接观察(4)。由于氮杂杯[4]芳烃[4]吡啶化合物的空腔更具椭圆或菱形结构,它能更为高效地识别C-70分子,稳定常数高达136620±3770M-1。该研究结果发表在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed. 200443838-842上。

  分子识别是化学反应和生物学过程的基础,分子识别原理的认识和运用是当前化学、生命科学和材料科学研究的热点之一。人工合成大环主体分子及分子识别过程能较好地模拟一些生物化学过程,帮助人们认识生命过程中的分子识别现象和机理。虽然该领域的研究已经涌现出诸多大环主体分子,如环糊精、冠醚和杯芳烃等等,但是发展新型、具有多功能识别能力的大环主体分子依然充满挑战和机遇。氮杂杯[m]芳烃[n]吡啶不同于冠醚和杯芳烃,它本身不仅具有丰富的构象结构和独特的识别性能,它还能够作为一个平台分子,经化学修饰和衍生构筑结构多样性的各类主体分子,从而可能用于分子识别与传感、超分子组装和模拟酶研究。

1. 氮杂杯[m]芳烃[n]吡啶1和 2的结构

   图2. 化合物1X-射线衍射晶体结构图               图3. 化合物2X-射线衍射晶体结构图

4. 氮杂杯[4]芳烃[4]吡啶识别C-60过程中的颜色变化

 
 
 
  
   中国科学院

   国家自然科学基金委员会

   中国科学院文献情报中心

   北京大学化学与分子工程学院

   清华大学化学系

   南开大学化学学院