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Angew. Chem. :协同空间排斥与堆积作用实现多个41金属结与伪Solomon链环的可控性合成

近几十年来,通过动态配位键和π···π堆叠作用、氢键作用和疏水效应等非共价相互作用实现离散型机械互锁分子的自组装,已发展成为超分子化学的一个重要的子领域。合成不同拓扑的方法日益成熟,常见的包括金属离子模板法和配位驱动自组装法。由于配位键固有的可逆性和自校正机制,配位驱动自组装法已成为合成拓扑结构的一个有前景的工具。该方法无需多步合成过程,即可高产率地获得结构新颖和性质良好的多种离散组装体,包括分子结、链环、Borromean环和金属笼等。这些拓扑的出现极大地丰富了配位化合物的多样性,并且其中一些已成为分子识别,催化,和分子机器的有希望的候选者。

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有趣的是,与热衷于设计单一新型拓扑不同,受到组装过程自发纠错行为的启发,最近的一些进展致力于探索不同拓扑结构之间的可控组装。实现可控构造的常见策略包括组件的前修饰或后修饰以及对外部刺激的响应。这种常见的修饰主要是指共轭平面的变化和大取代基的引入,以及通过浓度变化和多种有机反应实现从复杂结构到简单大环的受控组装。尽管类似的研究日渐增多,但很容易注意到,上述策略需要对反应体系进行较大的改变。作者考虑是否有可能通过前修饰利用组件之间的微小差异来诱导拓扑变化。基于此,复旦大学金国新教授团队利用组分之间的LPEs···LPEs排斥作用,在π···π堆积、C─H···π相互作用的共驱动下,实现了从41金属结到伪Solomon链环,再到分子镊状化合物的转化。

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作者选用对位的联三苯为构筑基本单元合成了非线性的吡啶基配体L1,进一步与双核构筑单元A/B组装得到了两个复杂的41金属结化合物。随后,通过用带孤电子对的六元含氮杂环(吡啶、哒嗪和四嗪)替代L1中间的苯环得到配体L2,L3和L4. 从L1到L4,配体拓扑结构保持不变,进一步与双核单元A组装,利用增加的N原子数量来调节自组装过程中LPEs···LPEs排斥作用,从而实现了从41金属结到简单分子镊状化合物的可控组装。

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为了进一步验证策略的普遍适用性并丰富其内容,作者选择了另一个具有相同Rh···Rh距离(大约8.0 Å)的双核单元B,在相同条件下与配体L1-L4进行组装。与A不同,B中的氯取代基为其带来了较大的空间位阻以及C–H···Cl相互作用的位点,这既为当前策略带来了新的挑战,也为实现不同复杂拓扑结构的转变提供了机会。基于此,作者通过将B与以上配体分别自组装实现了从41金属结到伪Solomon链环,再到分子镊状化合物的转化。所有的组装体都利用单晶x射线衍射,核磁测试,质谱测试对其固相与溶液相的结构进行了验证。

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这篇工作利用拓扑结构的转化,将空间排斥(steric hindrance)和堆积作用(stacking interactions)对结构组装的协同效应可视化。这种新的视角为实现不同拓扑结构的可控合成提供了一条新的途径。

文信息

Synergizing Steric Hindrance and Stacking Interactions To Facilitate the Controlled Assembly of Multiple 41 Metalla-Knots and Pseudo-Solomon Links

Yan Zou, Shu-Jin Bao, Haitong Tang, Hai-Ning Zhang, Prof. Guo-Xin Jin


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202410722


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