配位超分子自組裝系列進展——基于立體化學活性Fe-金屬配體的單一手性Fe-Pd雙金屬配位分子籠自組裝與手性分離

        手性是合成化學最具挑戰性的課題，而手性超分子配合物也是配位化學領域永恒的研究熱點。利用金屬中心和非手性有機配體自組裝手性配位超分子，實質上是一個從無到有創造手性的絕對不對稱合成過程。然而，基于非手性配體的手性配合物的可控合成目前仍然是一個難以逾越的挑戰，因為如果缺乏手性誘導因素，該過程必然産生立體對映體而得到消旋産物。即便是發生手性破缺形成單一手性配合物，也往往因為金屬中心的立體化學活性而産生消旋現象。同時，由于金屬中心多變的配位構型，配位自組裝往往導緻多種立體異構體的共存，從而增加手性分離的難度。但是，正是因為金屬中心擁有豐富多彩的立體化學構型，與經典的有機化學碳手性相比，手性配位自組裝将有可能創造無窮無盡的手性超分子配合物。因此，如何可控合成并穩定光學純的單一手性配合物，并進一步加以利用，就引起化學家的極大興趣，有可能在對映體分離、不對稱催化以及手性藥物開發等領域産生重要應用。

        太阳集团1088vip蘇成勇教授研究團隊長期緻力于配位超分子自組裝研究，利用配位空間功能化的手段探索微納限域空間的獨特配位化學現象。前期該課題組利用立體化學穩定的D₃-對稱性[Ru(phen)₃]²⁺型金屬有機配體，通過手性識别和傳遞實現單一手性配位分子籠自組裝，得到一對金屬-有機分子籠（Metal-organic cages, MOCs）對映體（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4456–4459）。進一步利用該八面體手性立體金屬中心的高熱力學穩定性，采用預拆分次級結構基元前驅體并進行分步組裝的方法，成功獲得純手性金屬-有機分子籠，實現對C₂-對稱性有機小分子對映體的手性分離（Nat. Commun. 2016, 7, 10487）。同時，利用該分子籠的手性配位空間，成功實現區域和立體選擇性光催化偶聯反應（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3852-3856）。基于以上結果，他們最近将配位自組裝手性分子籠技術發展到了第一周期過渡金屬元素鐵，利用分步自組裝法成功獲得高純度單一手性Fe-Pd雙金屬配位分子籠。

        他們首先利用一次組裝的内消旋Fe-金屬配體之間的手性識别與傳遞效應，通過Pd-配位進行二次組裝，得到一對Fe-Pd雙金屬配位分子籠對映體，發現分子籠Fe-中心立體化學可以通過各頂點/邊之間的機械耦合效應增強穩定性，進而通過與手性輔助試劑聯萘酚共結晶的方法成功拆分得到單一手性分子籠産物。更有意義的是，他們利用鐵-中心的立體化學活性，直接在一次組裝過程中引入手性聯萘酚，原位誘導鐵-中心手性配位自組裝，成功控制了Pd-配位二次組裝的手性産物，并通過快速沉澱，得到更高光學純度的大量純手性分子籠。據此，他們提出原位組裝與後組裝兩種手性誘導過程，發展了共結晶熱力學拆分與快速沉澱動力學拆分兩種手性産物分離方法。與後組裝共結晶熱力學拆分相比，原位組裝快速沉澱動力學拆分方法不僅過程簡易，而且手性産物純度更高，更便于宏量制備。溶液動力學研究表明，立體化學活性的Fe-金屬配體在形成雙金屬分子籠以後，内消旋現象被有效抑制，手性分子籠具有相當高的立體化學穩定性，可以在溶液中長期穩定存在，因此解決了立體化學活性金屬中心的手性穩定性問題。他們進一步利用純手性分子籠拆分有機小分子阻轉異構對映體，發展了可循環式拆分方法，兩次循環拆分ee值高達88%。與Ru-Pd雙金屬手性分子籠相比，Fe-Pd雙金屬手性分子籠合成更簡單，條件更溫，而且鐵元素在地殼中含量豐富，原料廉價易得，因此該工作為開發的廉價金屬手性配合物，穩定并利用立體化學活性金屬中心提供了新途徑。

        相關研究工作發表在國際知名學術期刊J. Am. Chem. Soc. （Ya-Jun Hou, Kai Wu, Zhang-Wen Wei, Kang Li, Yu-Lin Lu, Cheng-Yi Zhu, Jing-Si Wang, Mei Pan, Ji-Jun Jiang, Guang-Qin Li, and Cheng-Yong Su*, Design and Enantioresolution of Homochiral Fe(II)-Pd(II) Coordination Cages from Stereolabile Metalloligands: Stereochemical Stability and Enantioselective Separation. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 18183-18191）。

        網頁鍊接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b11152

        該研究工作得到國家自然科學基金、廣東省珠江人才計劃本土創新團隊、高校科研業務費、生物無機與合成化學教育部重點實驗室和Lehn功能材料研究所的大力支持。