分子籠作為仿蛋白質(zhì)空腔結(jié)構(gòu)的人工分子組裝體，在分子識(shí)別、仿酶催化、活性物質(zhì)存儲(chǔ)、藥物傳輸、智能材料等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。其中氫鍵分子籠由于其組裝驅(qū)動(dòng)力與蛋白質(zhì)的同源性，有望為理解與模仿生命體系功能調(diào)控機(jī)制提供重要的小分子模型。然而，受限于氫鍵導(dǎo)向自組裝理論基礎(chǔ)的匱乏，能夠用于氫鍵分子籠構(gòu)筑的有效方法寥寥無幾。過去三十年報(bào)道的氫鍵分子籠，絕大部分是基于Rebek課題組提出的自互補(bǔ)（Self-Complementary）組裝策略構(gòu)筑的。近年來，吳彪課題組基于鄰苯基二脲和無機(jī)磷酸根（PO43-）組裝基元，發(fā)展了陰離子配位導(dǎo)向自組裝理論體系，成功用于構(gòu)筑一系列性能獨(dú)特、負(fù)電型的氫鍵分子籠—陰離子籠。時(shí)至今日，陰離子籠的設(shè)計(jì)理念主要以鄰苯基二脲和無機(jī)磷酸根作為核心要素，二者之間的12條氫鍵一直被認(rèn)為是構(gòu)筑陰離子籠必需的前提條件。 近日，西北大學(xué)賈傳東課題組突破這一思維定勢，通過借鑒磷酸化蛋白的氫鍵模式，提出了“基于有機(jī)磷酸—單脲配位構(gòu)筑陰離子籠”的設(shè)計(jì)策略。這一策略用更簡單的單脲替代鄰苯基二脲作為氫鍵給體，用三配位點(diǎn)的有機(jī)磷酸（R-PO32-）替代四配位點(diǎn)的無機(jī)磷酸（PO43-）作為氫鍵受體，成功構(gòu)筑了熒光型、四螺旋陰離子籠。
作者通過單晶結(jié)構(gòu)、高分辨質(zhì)譜、核磁等驗(yàn)證了二聯(lián)單脲配體L與磷酸單苯酯配位形成四螺旋型分子籠，并將一個(gè)四乙基季銨鹽（TEA）客體包夾其中。利用核磁滴定、熒光滴定驗(yàn)證了該分子籠對一系列鎓鹽離子的包夾，并計(jì)算出結(jié)合常數(shù)顯示四甲基季銨鹽是其最強(qiáng)結(jié)合客體。 隨后，作者通過量化計(jì)算優(yōu)化了自由分子籠以及包夾各種客體的結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)該分子籠能夠從幾乎無空腔的自由分子籠自適應(yīng)調(diào)整到246 ?3 的空腔狀態(tài)，表現(xiàn)出仿生的“誘導(dǎo)契合”性質(zhì)。 為探究取代基對分子籠的形成以及客體包夾性質(zhì)的影響，作者將磷酸單苯酯（PhOPO32-）替換成無機(jī)磷酸氫根離子（HOPO32-），同樣得到了包夾TEA的四螺旋的單晶結(jié)構(gòu)，二者的單晶結(jié)構(gòu)幾乎無異，然而，溶液中該分子籠對客體的結(jié)合強(qiáng)度明顯低于前者，而且對客體的選擇性變差，這被歸因于磷酸單苯酯的苯基取代基帶來的位阻效應(yīng)。 在另一個(gè)對照實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)用結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的聯(lián)二二脲配體代替聯(lián)二單脲與磷酸單苯酯（PhOPO32-）配位后，得到的是雙螺旋結(jié)構(gòu)，并通過核磁滴定以及量化計(jì)算確認(rèn)該組裝體沒有可包夾客體的有效空腔。 綜上所述，作者基于有機(jī)磷酸—單脲配位發(fā)展了陰離子籠的簡潔設(shè)計(jì)策略，大大簡化了組裝配體的合成，并陰離子功能化分子籠的構(gòu)筑提供豐富選擇。目前，基于這一理念發(fā)展熒光、手性、刺激響應(yīng)型的陰離子分子籠的工作正在作者的課題組展開。 論文信息 Less is More: A Shortcut for Anionocages Design Based on (RPO32-)-Monourea Coordination Fen Ma, Xinrui Qiao, Wei Zuo, Yu Tao, Anyang Li, Zhipeng Luo, Yuqi Liu, Xueru Liu, Xiaoqing Wang, Wei Sun, Chuandong Jia Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202210478
