在水中对中性亲水分子进行选择性识别是超分子化学领域公认的难题之一。这主要源于两方面的原因：中性亲水分子在水中严重溶剂化，很难进入受体的空腔；由于水的竞争作用，在水中很难利用氢键进行分子识别。近日，南方科技大学化学系蒋伟课题组受生物受体的启发，提出了“内修饰分子管”的概念，将氢键键合位点植入到疏水的深穴空腔中。这样，疏水空腔为氢键相互作用提供了相对非极性的环境，而且避免了水分子的竞争。疏水效应与氢键之间的协同效应将会大大增强主客体分子之间的相互作用。基于这一理论，蒋伟课题组早期利用桥联双萘骨架（Chem. Eur. J. 2015, 21, 3005; Org. Lett. 2015, 17, 3880）设计合成了脲基、硫脲基内修饰分子管，在有机体系中实现了对有机中性小分子的高选择性识别，最大键合常数达106 M-1（Chem. Commun. 2015, 51, 15490; Chem. Commun. 2016, 52, 9078）。
最近，蒋伟课题组发现酰胺基内修饰分子管能够在水中选择性地识别极性溶剂分子，例如1,4-二氧六环、DMF、DSMO、丙酮、四氢呋喃等。对1,4-二氧六环的键合常数甚至高达104 M-1！这是目前已知的对这个高度亲水性分子的最强键合。X-射线单晶衍射、等温量热滴定、核磁滴定等实验结果都证实氢键在分子识别中起到了非常关键的作用。这一研究也为解决“在水中很难利用氢键对中性极性分子进行选择性识别”这一物理有机化学难题提供了新的思路。
1,4-二氧六环是臭名昭著的二噁英的母核结构，常被用作氯代有机溶剂的稳定剂，是化妆品生产过程中的一个主要副产物。国际癌症研究机构（IARC）将其归为2B类致癌物。1,4-二氧六环高度亲水，无法被土壤吸附。一旦排入环境，将会在水中逐渐积累，是地下水中的一个持久性污染物。上世纪90年代，科学家才逐渐认识到1,4-二氧六环的危害，至今已有多本相关专著出版。由于1,4-二氧六环自身的特性，其检测和去除都非常困难。传统的检测方法采用固相萃取与GC-MS结合，步骤繁琐，耗时费力，且价格昂贵。在加入1,4-二氧六环后，上述萘基内修饰分子管会产生荧光增强，可以用于地下水中1,4-二氧六环的荧光检测。检测限可达120 ppb。这非常接近世界卫生组织规定的饮用水中1,4-二氧六环的安全上限（50 ppb）。值得一提的是，该荧光光谱检测法方便快捷，简单便宜，不需要对样品进行前处理。
该研究成果于10月28日在线发表在JACS上，联培博士生黄国保与实验员王胜华是本文的共同第一作者，博士后柯华和杨留攀对该研究也作出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金、中组部青年千人计划以及南科大科研启动基金等经费的支持。
该论文作者为：Guo-Bao Huang, Sheng-Hua Wang, Hua Ke, Liu-Pan Yang, Wei Jiang*
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b09472
Selective Recognition of Highly Hydrophilic Molecules in Water by Endo-Functionalized Molecular Tubes
J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 14550-14553, DOI: 10.1021/jacs.6b09472
研究团队简介
蒋伟博士，现为南方科技大学化学系副教授，博士生导师。2004年获得西安交通大学应用化学系学士学位。同年保送至南开大学化学学院，于2007年获得物理化学硕士学位。2010年9月，在德国柏林自由大学获得有机化学博士学位。2011年初，到美国Scripps研究所从事博士后研究。2012年底，加入南方科技大学化学系。蒋伟博士的研究主要集中在萘基新型大环主体的设计、合成及其在分子机器、分析检测、智能材料、超分子催化等方面的应用。自课题组成立以来，在Chem. Soc. Rev.、JACS、Chem. Sci.等期刊上发表通讯作者论文13篇。其中4篇论文被Chem. Sci.和Chem. Comm.选为封面，3篇论文分别被英国皇家化学会Chemical Science Blog、美国化学会ACS Noteworthy Chemistry、ACS Cutting-Edge Chemistry作为亮点介绍。蒋伟博士曾获得国家优秀自费留学生奖学金和德国Schering基金会Schering Prize（柏林三所综合性大学化学类最优秀博士论文，每年1人），于2012年入选中组部“青年千人计划”，2013年入选深圳市“孔雀计划”，2015年入选广东省优秀青年教师培养计划和广东省特支计划“科技创新青年拔尖人才”。
课题组主页：http://116.7.234.100/cn/blog/index/id/43
http://www.x-mol.com/university/faculty/26767
蒋伟课题组长期招聘博士后、实验员（具有本科或硕士学位）与联合培养硕士/博士生。热诚欢迎有志于有机超分子化学与材料的青年才俊的加盟。课题组将提供一流的科研条件与有竞争力的薪资待遇。
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