基于非手性有机配体的纯手性金属有机笼的组装

In this project， we will mainly focus on the design and assembly of homochiral metal organic cages based on achiral organic ligands. The research contents mainly include four parts: 1） design, synthesis, and characterization of organic ligands, 2) design, synthesis and characterization of metal-organic cages, 3) inducing synthesis of homochiral metal-organic cages, and 4) the function studies of catalysis, separation and sensing of chiral metal-organic cages. The project will assembled a series of homochiral metal-organic cages with different metal ions, and different geometric configurations based on achiral organic ligands, grasp the assembly rules, and provide experimental and theoretical basis for controllable assembly of homochiral metal-organic cage . The relationships and the inherent laws between host guest chemistry properties and the function and structure feature of homochiral metal-organic cages will be explored. Studying on controllable synthesis and properties of homochiral metal-organic cage will be helpful to : i) explore the assembly law of metal- organic cages, synthesize novel supramolecular complexes, ii) summarize rule and mechanism of metal-organic cages constructed by non chiral ligands through the inducing synthesis by chiral additive, iii) use the confined space to achieve highly efficient asymmetric catalysis, chiral separation and chiral sensing functions. This project has theoretical significance and potential application in industry.

本项目拟以基于非手性配体的纯手性金属有机笼分子的设计和组装合成开展工作。研究内容主要包括四个方面：1）有机配体的设计、合成与表征；2）金属有机笼分子的设计、合成与表征；3）纯手性金属有机笼诱导合成；4）手性金属有机笼的催化、分离及传感等方面的功能研究。本项目将组装一系列基于非手性有机配体、含不同金属离子及具有不同几何构型的纯手性金属有机笼分子，掌握其组装规律，为手性金属-有机笼分子的可控组装提供实验及理论基础，探索手性金属有机笼分子的主客体化学性质及功能与其自身各种结构因数的关系及其内在科学规律。研究手性金属有机笼的可控组装及性质，将有助于深入探究金属有机笼的组装规律，合成出新型超分子配合物，总结归纳出通过手性添加剂高效合成由非手性配体构筑的金属有机笼的规律和机理，并利用其手性限域空间实现高效不对称催化、手性分离及手性传感等方面的功能，该项目具有一定的理论研究意义和潜在的工业应用价值。

手性金属有机笼是配位化学的研究前沿，在手性催化和分离等领域具有非常好的应用前景。先前的研究往往通过手性配体来构筑手性金属有机笼，而基于非手性配体的金属有机笼较少被研究。本项目主要从以下4个方面的研究内容来展开设计组装合成基于非手性配体的纯手性金属有机容笼并研究其性质和功能：（a）有机配体的设计、合成与表征；（b）金属有机笼分子的设计、合成与表征；（c）纯手性金属有机笼诱导组装；（d）纯手性金属有机笼分子的性质及功能研究。在项目执行期内，项目自立项以来，按照计划执行，合成了一系列有机配体，并与金属离子组装成金属有机笼，测定其组成及结构，并研究其组装规律，通过手性诱导实现了基于非手性有机配体的纯手性金属有机笼的组装。通过探索新的设计思路和合成策略，获得了一系列含不同几何构型、金属离子的金属有机笼，通过改变取代基团来调节笼状分子的溶解性、窗口形状及尺寸，从而调控其功能，并发现利用手性阴离子可以调控阳离子金属有机笼的手性，诱导生成具有单一超分子手性的金属有机笼，并能形成手性记忆并传递。共发表SCI标注论文14篇，其中影响因子大于5.0的论文共11篇，其中包括2篇J. Am. Chem. Soc.，1篇Coord. Chem. Rev., 1篇ACS Mater. Lett., 2篇Chem. Commun.。获得授权中国发明专利2件,正在申请1件。本项目研究成果具有较强的创新性，部分研究成果处于国际和国内领先地位。论文发表后被包括国内外著名科学家大量引用，如美国科学院院士、中国科学院外籍院士犹他大学Peter. J. Stang教授，剑桥大学Nitschke教授等著名教授。此外，论文发表后还被国内的知乎和chembeango科技或化学网站报道我们项目的研究成果。