摘要:香港大學(xué)突破性研究:可調(diào)控機械手性索烴的設(shè)計與應(yīng)用2025年5月19日,香港大學(xué)化學(xué)系團隊在《自然-合成》發(fā)表重要研究成果,首次通過等構(gòu)去對稱化策略成功構(gòu)建了具有可調(diào)控機械手性的超小型索烴,為分子機器
香港大學(xué)突破性研究:可調(diào)控機械手性索烴的香港性研設(shè)計與應(yīng)用
2025年5月19日,香港大學(xué)化學(xué)系團隊在《自然-合成》發(fā)表重要研究成果,大學(xué)調(diào)控的設(shè)首次通過等構(gòu)去對稱化策略成功構(gòu)建了具有可調(diào)控機械手性的突破超小型索烴,為分子機器和功能材料開發(fā)提供了全新思路。究可機械計以下從核心突破、手性索烴技術(shù)路徑、香港性研應(yīng)用潛力及合作網(wǎng)絡(luò)四方面解析這一里程碑式進展。大學(xué)調(diào)控的設(shè)
一、突破核心突破:機械手性的究可機械計精準設(shè)計與調(diào)控
傳統(tǒng)索烴的對稱性限制使其難以展現(xiàn)手性特性。港大團隊創(chuàng)新性地將兩個非手性環(huán)(BPBox2?)通過機械互鎖形成緊湊結(jié)構(gòu),手性索烴破壞原有對稱面(從C?v降至C?對稱性),香港性研從而誘導(dǎo)出機械手性(圖1)。大學(xué)調(diào)控的設(shè)該索烴(BPHC??)在固態(tài)下以外消旋體形式存在,突破但在溶液中通過添加手性二磺酸陰離子可選擇性誘導(dǎo)單一對映體,究可機械計實現(xiàn)手性光學(xué)活性調(diào)控。手性索烴
關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持:
- 動態(tài)核磁共振(1H NMR)顯示外消旋化能壘為16.4 kcal/mol,證實分子穩(wěn)定性。
- 單晶X射線衍射解析了手性鎖定狀態(tài)下的非對映異構(gòu)體結(jié)構(gòu)。
二、技術(shù)路徑:正交自組裝與動態(tài)調(diào)控
研究團隊采用多模板協(xié)同策略:
1. 同構(gòu)去對稱化:通過替換CBPQT??環(huán)的聯(lián)吡啶單元為苯基-吡啶單元,降低對稱性并增強互鎖選擇性。
2. 動態(tài)響應(yīng)機制:溶劑離子強度、pH及金屬配位(如亞銅離子)可精準調(diào)控索烴的構(gòu)象切換(圖2)。例如,質(zhì)子化狀態(tài)下僅外圍環(huán)可運動,而脫質(zhì)子化后核心環(huán)參與動態(tài)重組。
此方法突破了高階索烴合成的傳統(tǒng)模板限制,一步合成效率高達72%,為復(fù)雜分子機器構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。
三、應(yīng)用前景:從分子機器到智能材料
該研究為以下領(lǐng)域帶來革新潛力:
1. 靶向藥物遞送:利用手性可調(diào)特性開發(fā)選擇性分子載體,例如識別特定離子(如亞銅/硫酸根)并觸發(fā)釋放。
2. 納米傳感技術(shù):通過光學(xué)活性變化實時監(jiān)測環(huán)境離子濃度,適用于生物樣本檢測。
3. 智能材料開發(fā):動態(tài)構(gòu)象切換可用于設(shè)計光響應(yīng)材料或自修復(fù)聚合物。
四、國際合作與學(xué)術(shù)傳承
此項研究由已故諾貝爾獎得主Fraser Stoddart教授領(lǐng)銜,聯(lián)合香港大學(xué)、西北大學(xué)及上??萍即髮W(xué)等團隊完成。Stoddart教授在分子拓撲學(xué)領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作(如輪烷和索烴合成)為本次突破提供了理論基石。團隊通過跨學(xué)科協(xié)作,整合超分子化學(xué)、計算模擬與晶體學(xué)分析,展現(xiàn)了基礎(chǔ)研究與技術(shù)轉(zhuǎn)化的深度融合。
研究意義與展望
港大團隊的工作不僅實現(xiàn)了機械手性的精準控制,更拓展了索烴在分子機器和功能材料中的應(yīng)用邊界。未來研究方向可能聚焦于:
- 多層級機械互鎖結(jié)構(gòu)(如環(huán)狀雙[2]索烴)的高效合成;
- 利用AI預(yù)測索烴動態(tài)行為以優(yōu)化設(shè)計;
- 探索手性索烴在不對稱催化中的潛力。
此成果標志著超分子化學(xué)從結(jié)構(gòu)設(shè)計邁向功能調(diào)控的新階段,相關(guān)技術(shù)有望在10年內(nèi)推動分子級智能系統(tǒng)的實際應(yīng)用。
參考資料
: 支鏈[8]索烴動力學(xué)調(diào)控(Angew. Chem. Int. Ed., 2021)
: 機械手性索烴設(shè)計(Nature Synthesis, 2025)
: 手性誘導(dǎo)與調(diào)控機制(Nature Synthesis評述, 2025)
: 對稱性分析與應(yīng)用前景(Nature Synthesis, 2025)
: 離子響應(yīng)型索烴開發(fā)(Nature Communications, 2024)
: 異[3]索烴合成新策略(Angew. Chem. Int. Ed., 2025)
: 雙金屬索烴抗菌應(yīng)用(Angew. Chem. Int. Ed., 2024)
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