近日，国际顶级化学刊物《美国化学会志，Journal of the American Chemical Society》在线及封面发表了我校化学化工学院王平山教授课题组关于金属有机超大单分子Bucky球自组装的最新结果：“Highly Stable Spherical Metallo-Capsule From a Branched Hexapodal Terpyridine and Its Self-Assembled Berry-type Nanostructure”。中南大学化学化工学院为本文的唯一通讯单位，化学化工学院2016级博士生陈名钊和2015级研究生王俊为此文章的共同第一作者，王平山教授为通讯作者，这是中南大学首次在化学类顶级期刊上发表封面文章。过去两年王平山教授课题组在三联吡啶金属有机单分子结构自组装及其功能应用方面的系列研究成果以我校为第一单位和通讯单位相继发表在Nat. Commun. (IF=12.124, 2017, 15476); Angew. Chem. Int. Ed. (IF=11.994, 2017, 56, 11450); JACS (IF=13.858, 2016, 138, 10041)等国际顶级化学期刊上。

在超分子化学中，三维（3D）空间的自组装超大单分子结构得益于其空腔构型在主客体化学、分子识别、化学分离、催化化学、空腔内的反应控制和生物医药等具有良好的应用价值，成为了超分子化学研究的一个热点。由于三联吡啶配体较强的配位能力以及三联吡啶金属配合物所具有优异的光电性质，催化性质等，利用三联吡啶配体制备三维超分子结构更加具有意义。但到目前为止，组装基于三联吡啶的三维对称的超大分子结构十分有限，其应用上的研究也微乎其微，这些局限往往由于以下几个挑战：（1）具有几何美学意义的三维空间超分子结构有限且合成难度较大；（2）三联吡啶配位是成180角度的刚性连接，金属配位的方式比较固定，配体来源有限，组装变化的方式少；（3）设计和合成合适的配体来构筑3D空间的超大分子结构以达到其功能性的研究目前还比较缺乏。

配位导向自组装是制备新型金属有机3D空间超大分子结构的重要途径之一。王平山教授团队首先合成了一种新型的含有六个未配位的枝状星形三联吡啶有机配体，将其与Zn²⁺进行配位自组装，一步反应定量得到一个Bucky球状超分子“纳米容器”。这是到目前为止首例报道的采用刚性六配位三联吡啶有机配体构筑的具有固定尺寸和构型的金属有机超分子主体，也是首例基于三联吡啶的三维“容器”选择包裹非阴离子受体分子——文章选择了晕苯（Coronene）作为受体分子研究其主客体化学作用。配位数的增多使得该三维球状结构具有高度的稳定性，也使得其具有更好的紧凑性，更容易包裹客体分子，因此在主客体识别、药物释放、纳米材料和催化化学等领域具有良好的应用前景。

另外，文章观察到该Bucky分子球可以进行进一步的分层自组装。在NO₃^-作为抗衡负离子时，依靠多重作用力（比如反离子介导作用力，π?π芳香堆叠作用力等），初始只有4 nm左右的“纳米球”可以进一步组装成30 nm左右更大的“浆果状”纳米结构。

此研究为合成新型功能化的金属有机三维“纳米容器”提供了一种新思路，组装简单高效（定量产率，不需要复杂的过柱分离），拓展了基于三联吡啶配位系统作为分子容器和分层自组装模型来实现更多的应用，研究意义重大。

致谢：中南大学分析测试中心提供NMR及TEM测试支持！

论文作者：Mingzhao Chen, Jun Wang, Die Liu, Zhilong Jiang, Qianqian Liu, Tun Wu, Haisheng Liu, Weidong Yu, Jun Yan and Pingshan Wang

网址链接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b10707