轮烷，作为机械互锁分子（Mechanically interlocked molecules, MIMs）的重要分支，是由哑铃型“轴”分子穿梭有机大环“轮”，并以大体积分子封端而构成的超分子体系。轮烷具备动态响应的特性，在催化、分子机器、室温磷光、智能材料等方面展现出巨大潜力。目前，有机轮烷的超分子研究主要集中在“轴”和“轮”分子的设计与功能化上，而大体积“封端基团”对于轮烷在溶液中的组装动力学和晶态超分子结构的影响，缺乏相应地研究。尽管近年来，金属配合物参与的有机-无机杂化轮烷引起了人们的广泛关注，但研究仍集中在由金属配合物所构成的“轮”上。
图1. 多酸-环糊精超分子组装体系的结构示意图。
近日，北京化工大学宋宇飞/林长亘团队与英国格拉斯哥大学Leroy Cronin/龙德良团队合作，在超分子杂化轮烷领域取得突破。研究团队通过共价修饰Anderson型多酸作为“封端基团”，锚定光响应有机化合物如查尔酮、蒽等作为“轴”，与γ-环糊精（γ-CD）“轮”进行超分子组装。他们首次制备了γ-CD二聚体穿双多酸单元的准[4]轮烷单晶；通过光诱导单晶到单晶转化，制备了“反式-头碰尾”形式的蒽二聚体[3]轮烷。论文的关键突破在于利用多酸的不对称共价修饰调控氢键网络与空间位阻，实现超分子组装的精确调控，为智能分子机器的开发提供了新思路。
图2. 共价修饰Anderson型多酸与γ-环糊精的结构及超分子轮烷的单晶结构转换。
该工作以Anderson型多酸为“封端基团”，通过选择性地共价修饰，实现了多酸与环糊精轮烷体系的可控组装。相关研究有望拓展至2D和3D MIMs超分子组装框架，并推动多酸在手性分离与催化中的应用。
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章第一作者是北京化工大学硕士研究生陈无忌和刘春燕。
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Regulating the Assembly of γ-Cyclodextrin Host and Polyoxometalate-Based Guests towards Light-Responsive Hybrid Rotaxanes
Wu-Ji Chen, Chun-Yan Liu, Yun-Jing Mu, Yi-An Yin, Chang-Gen Lin, De-Liang Long, Leroy Cronin and Yu-Fei Song
J. Am. Chem. Soc., 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c06495
作者简介
林长亘，北京化工大学大学化学学院副教授，硕士生导师，2010年获得北京化工大学学士学位，2015年获得博士学位 (导师：宋宇飞教授)。2019年获得CSC奖学金，在格拉斯哥大学与Leroy Cronin教授合作研究3D打印和自动化合成。目前的主要研究方向包括：超分子自组装、多酸基有机-无机杂化、和光电响应材料。迄今承担国自然青年项目一项，中央高校基金一项，以第一作者或共同通讯发表学术论文30余篇，参编专著3本。
宋宇飞，理学博士、教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者，国家重点实验室主任。主要研究方向为：1）多酸分子组装与功能材料；2）插层组装与环境催化；3）以能源与环保为导向的无机功能材料设计与制备。至今为止，已在Nature Protocol., Nature Commun., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc.等刊物发表SCI收录学术论文340余篇，授权中国发明专利40余项，主编英文专著1部，参编中文和英文专著共3部。曾协助开展了关于盐湖资源有效利用的973计划项目，先后主持了国家自然科学基金委联合基金集成项目、国家自然科学基金委杰出青年项目等国家和企业委托项目20余项；曾入选北京市新星、教育部新世纪优秀人才计划、国家自然科学基金委优秀青年基金资助、教育部青年人才计划、国家自然科学基金杰出青年基金资助；曾荣获中国石油和化学工业联合会“青年科技突出贡献奖”（2018年）、“侯德榜化工技术创新奖”和“国际杰出青年化学工程师奖” （2019年）；入选科技部“中青年科技创新领军人才”、中组部科技创新领军人才-万人计划；获得中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖2项。目前担任《科学通报》、《Polyoxometalates》、《Catalyst》等期刊编委。
https://www.x-mol.com/university/faculty/8751
