生物分子构型的精确调控是维持生命系统结构完整性和功能特异性的基本机制。例如,酶的构型变化导致活性中心的暴露或隐藏,从而影响其与底物的结合以及催化效率。在各种人工合成的超分子结构中,由“裸”钯(II)离子构建的金属有机笼(MOCs)因其配位键的明确方向性和稳定性,已成为模拟生物分子的理想选择。目前,有关MOCs构型调控的研究主要集中在使用非对称配体构建的同质笼上,而有关异质笼构型调控的报道却非常少,主要挑战在于:(1)避免配体的自恋型自分类;(2)抑制统计混合物的形成;(3)精确调控不同构型间的能量差异。

针对上述问题,王明教授团队从三角形的变形现象中获得了灵感,提出了“调整两种配体的长度比”策略,实现了对异质超分子笼构型的精准调控。当增大配体长度比r时,八面体结构中的三角形会发生变形,这种变形会加剧金属配位中心周围的空间位阻效应,进而改变不同构型之间的能量差异,成功从48种可能的构型异构体中实现了从Type-A到Type-B的调控。具体而言,当r值为1.0时,生成的Pd6L6L′6笼呈现Type-A构型;而当r依次增大至1.4、1.5和1.7时,笼的构型便从Type-A构型转变为Type-B构型。值得关注的是,在配体上引入大位阻取代基,并不会干扰由配体长度比r所控制的笼构型调控过程,这表明该策略具有一定的普适性。

上述成果以“Length Ratio-Driven Configurational Modulation of Heteroleptic Pd6L6L′6Cages”为题发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202508367)。吉林大学硕士研究生郭梓腾和中国科学院长春应用化学研究所特别研究助理于浩为第一作者,吉林大学王明教授为通讯作者。

图1.配体长度比r驱动异质八面体Pd6L6L′6笼构型调控示意图

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//doi.org/10.1002/anie.202508367