手性金属-杯芳烃配位笼化合物的合成、表征及其在手性药物分子定量输送方面的应用

Recently metal-organic coordination cages became a hot topic due to their homogenous nanoscale sizes and cage cavities. The chiral modification of the apertures would lead to more application in molecular recognition, chiral separation and drug delivery for the metal-organic coordination cages. This project will focus on the syntheses and characterization of chiral metal-calixarene coordination cages and their application in drug delivery. There will be two ways for the syntheses of this kind of coordination cages. First, the chiral aucillary ligands will be chosen to link polynuclear metal-calixarene SBU to form chiral coordination cages directly. The other way is to prepare nonchiral coordination cages with the common ligands and then to modify the cages by post-synthetic modification. All the structures of the obtained coordination cages will be determined by single crystal X-ray diffraction. They will also be characterized by elemental analysis, FTIR, CD spectra and so on. Their porosity will be determined through gas sorption experiments. Their application in molecular recognition, chiral separation and drug delivery will be investigated. This project will extend the study on metal-calixarene compounds to the functional chiral materials, and explore the possibility of constructing chiral metal-calixarene coordination cages with chiral linkers. It might lead to a new kind usage such as the molecular recognition, chiral separation and chiral drug delivery for metal-calixarene chelates. Some novel functional materials based on metal-calixarene coordination cage would be obtained for the chiral drug delivery under physiological condition.

金属-有机配位笼由于具有单分散的纳米尺寸和均一的空腔，是近年来金属配合物研究领域的热点之一，而手性窗口的构建将为这类笼状化合物在分子识别、手性拆分及手性药物的定量输送等方面提供更多的应用前景。本项目拟以羽毛球状多核金属-杯[4]芳烃单元为节点，通过手性桥连配体连接来构筑手性金属-杯芳烃配位笼化合物，或以含有不饱和键的配体为桥连配体先合成多面体型配位笼，然后再经后修饰反应使其窗口手性化，从而得到手性配位笼，并对合成的化合物进行结构和物性表征，研究其在手性分子识别、对映体拆分和手性药物负载和输送方面的应用。本项目的系统开展将拓展杯芳烃研究的领域，验证通过手性桥连配体连接金属-杯芳烃多核单元构筑配位笼化合物的可能性，发现杯芳烃配合物在分子识别、对映体拆分和手性药物输送等方面的新用途，有望得到可用于生理条件下手性药物定量负载和输送的新型功能化金属-杯芳烃材料。

金属-有机配位笼由于具有单分散的尺寸和均一的内部空腔，是一种潜在的小分子定量负载载体。若对其腔体上的窗口进行手性修饰或改性，则这些配位笼有望用于手性拆分和手性药物小分子的定量吸附。本项目在过渡金属钴/镍-对叔丁基硫杂杯[4]芳烃体系中，引入(1R-3S)-(+)樟脑酸、L/D-组氨酸、L/D-苹果酸、L/D-天冬氨酸等手性试剂作为桥连配体，成功合成了多个具有手性窗口的配位笼化合物，其中以樟脑酸为桥连配体的体系对酸度变化不敏感，在不同酸度条件下均得到同一结构。发现以L-苹果酸为桥连配体构筑的八面体配位笼能够对苯丙醇对映体进行拆分，ee值达18.6%。该配体笼对L-丝氨酸具有选择性吸附能力，L-丝氨酸的吸附量随配位笼质量增加而线性上升的趋势比D-丝氨酸更加明显。该配位笼化合物可能作为手性小分子药物定量负载的载体。同时，项目也以对叔丁基硫杂杯[4]芳烃为端基配体，选用含硫含氮配体作为桥连配体，进行了骨架具有配位能力的配合笼化合物的合成，成功制得了轮状{Ni18}配合物、三棱柱状{Ni24}纳米笼和Johnson (J17)型{Ni40}十六面体配位笼。利用配合物孔腔表面富含的硫原子对贵金属离子较强的螯合能力，在{Ni18}轮状配合物的空腔中限域合成了系列Au，Pd，Ir，Ru，Rh，Pt以及AuPd贵金属团簇，在{Ni24}三棱柱空腔内限域合成了Pt纳米团簇，这些包含贵金属纳米团簇的配位笼复合物都表现出比商业Pt/C催化剂更高的对析氢反应的电催化活性。{Ni18}轮状配合物自身对对葡萄糖氧化具有很好的电催化活性，而{Ni40}十六面体则对小分子烷烃具有较好的分离能力。此外，也得到了系列3d4f-对叔丁基杯[8]芳烃多核配合物，并发现杯[8]芳烃修饰的{DyIII4CoII4}和{TbIII6CrIII}核簇具有单分子磁体性质。