张琦课题组提出构筑内功能化超分子结构的新策略

天然酶的腔体内包含大量的、不同种类的氨基酸残基，这些官能团通过协同作用使天然酶具有识别底物和催化反应的能力。超分子结构的内官能化是构建天然酶模拟物的一种重要策略。其中，内官能化的[Pd₁₂L₂₄]型和[Pd₂L₄]型自组装体是这类研究中应用最广泛的超分子体系。然而，这类超分子结构均由同种官能化的配体分子组装而成，因此无法实现位点选择性的内官能化以及内官能团的多样性。

以[Pd₂L₄]型超分子笼为例，引入不同种类的内官能团需要采用至少三种不同的配体分子。然而，当把不同种类的配体分子与Pd^II离子按照一定的比例混合时，通常会生成多种自组装体的混合物。绝大多数目前已报道的合成杂配体超分子结构的策略仅能实现两种不同配体分子的可控组装。

近日，四川大学张琦研究员团队首次报道了包含三种不同配体分子的[Pd₂L₄]型超分子笼的选择性合成，并以此为基础实现了超分子结构的位点选择性内功能化。

在该研究工作中，在不同配体中引入正交的位阻控制基团是以高精度实现杂配体超分子结构组装的关键。首先，通过在配位原子附近引入位阻团体，配体L^A选择性地与Pd^II离子组装为环状配合物[Pd₂(L^A)₂]。由于中心位阻基团的存在，配体L^B与环状配合物[Pd₂(L^A)₂]的组装反应停留在了碗状配合物[Pd₂(L^A)₂(L^B)]的阶段。最后，碗状配合物与配体L^C反应生成杂配体超分子结构[Pd₂(L^A)₂(L^B)(L^C)]。

该策略可用于杂配体超分子结构的内功能化。通过在配体L^B的中心位阻基团上引入活性官能团，实现了两种单内官能化的杂配体超分子笼的选择性合成。此外，通过使用官能化的配体L^C，作者还合成了包含两种不同内官能团的超分子结构。不同内官能团协同作用是天然酶的重要特征，该工作为仿生超分子主体结构和催化剂的构建提供了一种具有一定普适性的新策略。

该研究以“Controlled Construction of Heteroleptic [Pd₂(L^A)₂(L^B)(L^C)]⁴⁺ Cages: A Facile Approach for Site-Selective endo-Functionalization of Supramolecular Cavities”为题目发表在Angewandte Chemie International Edition上，四川大学为第一单位，化学学院张琦研究员为该论文通讯作者，硕士毕业生刘燕和博士研究生廖寿恒为论文的共同第一作者。特别感谢国家自然科学基金委和四川大学的经费支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202217215