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史上最大全有机结构笼状分子问世!有望成为新式生物大分子运送资料

发帖时间:2021-06-14 09:37:18

史上最大全有机结构笼状分子问世!有望成为新式生物大分子运送资料。

   MED         发布时刻:2020-11-21 16:50:27 新资料 + 重视专题 最新资讯。
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近来,来自韩国科学技术院(KAIST)的Mu-Hyun Baik教授与浦项科技大学的Kimoon Kim教授协作,报导了一种由12个卟啉环和24个衔接组分所构成的超大笼状分子。


在无需模板的条件下,作者将四氨基润饰的卟啉环1与含有双醛基的衔接组分2以1:2的化学计量比相混合,经过一锅法以17%的产率组成了笼状分子3(图1)。值得注意的是,分子2中两个醛基基团之间的120⁰夹角决议了分子1和2之间能够构成P12L24型的笼状结构,而两个醛基基团之间的衔接方法越短,越刚性则越有利于笼状分子的构成。晶体结构标明笼状分子3宽度超越5nm,而其内部空腔直径达到了4.3nm(图2)。作者说到,这是目前所报导的全有机结构笼状分子中空腔尺度最大的一个。


史上最大全有机结构笼状分子面世!有望成为新型生物大分子运输材料

图1. 一锅法制备全有机骨架超大空腔笼状分子。

史上最大全有机结构笼状分子面世!有望成为新型生物大分子运输材料

图2. 图示笼状分子3a的晶体结构,以及这些笼状分子以立方面心的堆积方法在三维空间摆放。


在成功制备了这一根据卟啉环的超大笼状分子之后,作者以双羟基替代的萘衍生物的光氧化反响为例,对该分子的异相催化性质进行了探究(图3)。试验结果标明,与含有较小空腔的同系P6L8型的笼状分子PB-1比较,笼状分子3a更大的空腔尺度促进了反响底物的传质进程,然后展示出了更高的催化功率。


史上最大全有机结构笼状分子面世!有望成为新型生物大分子运输材料

图3. 笼状分子能够催化光氧化反响:与对照化合物PB-1比较,含有更大空腔尺度的笼状分子3a展示出了更高的催化功率。


在证明了大空腔在催化系统中的优势之后,作者对笼状分子3的主客体化学进行了研讨。使用卟啉环与金属离子的配位效果,作者成功将一线性配体引进到3的空腔之中,然后展示了这类分子的空腔在组成之后依然能够被进一步润饰和切开。总归,这些研讨结果为未来探究这类分子在大分子投递以及光捕获化学范畴的使用奠定了根底,而作者表明下一步将侧重研讨具有水溶性,并且在生命环境内安稳的笼状分子,以便于将其使用于生物系统中。这项研讨以“Gigantic Porphyrinic Cages”为题行将发表于12月份的《Chem》期刊上。


研讨布景。


根据有机骨架的笼状分子因为其在分子选择性别离与提纯,反响催化,药物开释等范畴的使用价值,一直是有机化学范畴研讨的热门。近年来,遭到生物体类具有巨大空心结构的拼装体的启示,例如具有储铁功用的铁蛋白,以及能够将内质网的物质送至高尔基体的COPII套体素等,有机化学家力求制备含有更大空腔结构的笼状分子,以完成对生物大分子如蛋白质的包裹、运送以及仿酶催化等仿生功用。


一般来说,笼状分子的制备依赖于结构基元之间的动态共价化学反响或许自拼装进程,然而在熵的效果下,这些基元往往倾向于构成较小的拼装结构。因而,含有超大空腔(直径大于3nm)的笼状分子的制备极具挑战性,需要对基元的结构以及反响条件进行仔细的挑选与优化。


在2016年,东京大学的Fujita教授在《Nature》杂志报导了一种由144个组分(48个金属离子与96个配体)拼装而成的超大无机-有机分子笼(DOI: 10.1038/nature20771),但金属离子的毒性阻止了其在生物范畴的使用。而迄今为止,彻底根据有机结构基元并具有超大空腔的笼状分子还鲜有报导。


文章来历: 高分子科学前沿。

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