配位驱动的金属-有机纳米分子笼自组装及其输运、催化性能研究

Construction of coordination cages inspired by mimicking natural biomolecules and self-assembly process has triggered great research interest in the fields of synthetic, drug, separation and material chemistry with their potentials as molecular containers and reactors. This project aims at self-assembly of metal-organic nanocages of varied size and shape driven by coordinative forces and their drug delivery and catalysis properties. The cage structures may include polyhedral, prismatic, tube, ring and cage shapes, based on the design of functional organic and ring-like ligands and the modulation of the coordination directions and symmetry. We will try to improve the solubility, inclusion behaviors of cages by modifying the ligand groups and considering the synergistic effects of coordination, hydrophobility and hydrogen-bonding contributions, in an effort to provide fundamental experimental and theoretical information for potential application in drug delivery, separation and selective catalysis.

从分子水平上模拟生物分子区域空间结构和自组装过程而发展起来的配位分子笼研究，目前已被作为潜在的分子容器、纳米反应器等结构模型而引起合成化学、药物化学、分离化学、材料化学等领域的巨大兴趣。本课题拟通过配位键驱动的自组装的方法来构建不同空腔、不同尺寸的配位分子笼。选择合成功能性小分子或大环类配体，合理调控金属与配体的配位方向、对称性，构造多面体、棱柱体、笼管环状的纳米配位分子笼；通过对配体进行适当的设计和基团修饰，引入极性、溶解性、催化活性调节基团，从而使配位作用、疏水效应、氢键以及功能基团产生协同作用，改善溶解性、包合性，以便选择性地包容特定底物和药物分子，进行分子识别、分子运输、分子间反应方面的研究，为药物分子的运输、客体分子的分离、限域条件下的选择性催化等应用提供基础信息和方法、理论、实验依据。

金属-有机配位分子笼具有纳米尺度的限域空间和分立构型，在识别分离、包合传输、催化转化等方面具有独特的功能性质，从而引起了合成化学、药物化学、分离化学、材料化学等领域的巨大兴趣。本课题利用配位键驱动的自组装方法，构建了具有不同结构和功能特性的金属-有机纳米分子笼及其衍生复合材料。通过目标性结构设计和功能修饰，实现了分子笼的主客体选择性包合、分离、催化等性能。..经过四年执行期，项目已按照原定计划顺利完成。设计了一系列两脚、三脚构型的对称性有机配体，或基于Fe/Ru金属-有机配位单元的金属配体，进一步组装得到了若干纳米配位分子笼及其衍生复合材料，并对其立体化学、客体拆分、药物控释、催化性能等进行了较为深入的探索。在金属-有机分子笼用于手性客体拆分、光催化分解水与手性光催化偶联等方面取得了一系列创新性研究成果。..在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.等期刊上发表SCI论文32篇，获授权国家发明专利1件，申请国家发明专利2件。团队成员参加国内外学术会议30余人次，做国际会议邀请或主旨报告10余次。项目执行过程中，参与人江继军晋升为本学院副教授，王海平获聘五邑大学特聘教授。培养博士研究生5人。