朱克龍教授課題組：基于分子泵原理精準合成“分子項鍊”的工作發表于J. Am. Chem. Soc

        生命體内存在大量的生物分子機器，例如核糖體，它是生物體内蛋白質的“合成工廠”，能高效且精準地控制氨基酸按特定的序列連接成具有生理活性的肽鍊及蛋白質。師法自然，設計、合成及操控具有類似功能的人工分子機器是目前合成化學領域最前沿研究方向之一。近日，太阳集团1088vip朱克龍教授課題組報道了首例基于人工分子泵原理精準合成輻射型索烴——“分子項鍊”的研究成果，該工作以通訊論文發表于美國化學會會志J. Am. Chem. Soc.。一直以來，通過分子聚集、穿環及打結等形成的特殊拓撲結構深深地吸引了衆多合成及材料化學研究者，而如何精準地控制多個大環分子同軸套環形成類似于項鍊結構的輻射型索烴是其中的難點。在前期研究工作中，該課題組利用夾套合成法（clipping）不僅成功實現了異環[3]輪烷分子梭的構築（Nat. Chem. 2018, 10, 625–630），并發展了可用于敏感分子保護的新策略（Chem. Sci. 2017, 8, 7718–7723; Chem. Commun. 2021, 57, 3239–3242）。在此基礎上，結合具有酸堿響應性的苯并咪唑模闆分子，進一步發現了一種可用于定向輸送大環的新型分子泵工作原理（pumping）。通過巧妙組合，先利用夾套合成法捕獲原料生成産品（大環），再利用酸堿反應産生的能量驅動分子泵将産品定向輸送至貨物收集端，通過連續的“生産-輸送”（clipping-followed-by-pumping, CFP）操作，最終實現了輻射型索烴即“分子項鍊”的可控合成。

        當采用[24]冠-6-醚為起始原料時，通過 CFP合成策略，成功獲得了7個組成基元相同，但結構各異的輻射型[n]索烴（n=2‒5），并實現在無識别位點的烷基鍊（20個碳原子）上成功套鎖3個大環分子。除此之外，通過控制兩個不同的大環——[24]冠-6-醚與苯并[24]冠-6-醚的引入順序，精準地獲得了一對組分相同，但序列相反的拓撲異構[3]索烴，實現了具有不同套環序列多環索烴的可控構築。該研究工作所發展的基于分子泵原理可控合成輻射型索烴的新方法不僅為複雜拓撲分子的構築提供了新的思路，也為人工分子機器的應用發展提供了新方向。

        相關研究成果以“Precise Control of Radial Catenane Synthesis via Clipping and Pumping”為題發表于Journal of the American Chemical Society（https://doi.org/10.1021/jacs.1c12303）。太阳集团1088vip2019級博士生李安全為第一作者，中國科學院大連化學物理研究所張江威博士提供了晶體結構解析的幫助。該研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省珠江人才計劃創新創業團隊項目及浙江大學上海高等研究院繁星科學基金的大力支持。