分子容器是一类可精确构筑纳米空间的主体分子，能够模拟生物体系中酶、转运蛋白等天然受体的功能，实现对目标分子的高效识别与络合。在这些系统中，“预组织”(preorganization) 与 “互补性”(complementarity) 是至今仍被广泛遵循的核心设计原则。然而，真实的生物受体往往具有显著的动态柔性，其在识别过程中可通过构象调整来优化与多种底物的结合。这种“诱导契合”(induced fit) 或 “构象选择”(conformational selection) 机制为人工受体系统的设计提供了启发，但在分子水平上实现仍面临诸多挑战。

近日，厦门大学化学化工学院苏纪豪教授课题组发展了一类新型柔性共价有机管柱 (flexible covalent organic pillars, 简称 flex-COP-n)，作为构象可调的纳米管状分子容器，并在其手性自分类行为与适应性分子识别机制方面取得重要进展。该团队以双缘去对称化的柱[5]芳烃醛基衍生物为大环构筑基元，通过与不同链长的 α,ω-二氨基烷烃 (n = 2–10) 进行 [2+5] 亚胺缩合反应，构建出一系列双端开口的纳米管柱结构 flex-COP-n。这一分子设计巧妙地融合了大环的预组织空腔与脂肪族连接桥段的构象灵活性，构建出一个“刚中带柔”的分子容器平台。相比传统刚性主体分子，flex-COP-n不仅具备较强的分子识别能力，也具有对不同尺寸客体进行动态适应的潜力。

奇偶效应驱动的手性自分类

该系列flex-COP-n分子在自组装过程中表现出明显的奇偶效应：当连接链为偶数碳数 (如 n = 2, 4, 6) 时，所得纳米管为一对对映体；而当链长为奇数碳数 (如 n = 3, 5) 时，则生成非手性的内消旋体。单晶 X 射线衍射分析揭示，连接链以全反式构象桥接两个大环单元，不同的链长决定了大环基元里芳环的取向，从而诱导出不同的手性输出。团队进一步通过手性色谱和圆二色光谱分析，成功分离并表征了偶数链构建的 flex-COP-4 对映体，证实了体系中发生了“同手性自聚” (narcissistic chiral self-sorting)，即在组装过程中两个手性相同的大环优先组合形成对映体。

构象协同调节的适应性分子识别机制

为系统探究其识别特性，研究团队选取 flex-COP-4为模型主体，研究其与一系列 α,ω-二溴烷烃 (Br(CH₂)_nBr, n = 9–20) 之间的主客体相互作用。通过核磁共振与单晶结构相结合的方法，揭示出四类典型的识别模式：

1. 主体压缩 (客体n = 10–11)：较短链客体导致主体轴向压缩约 0.1 nm，连接链形成高能 gauche 构象，溶液中结合常数明显下降，且在核磁时间尺度上呈现快交换行为；

2. “锁钥结合”主客体匹配 (客体n = 12–15)：主客体长度匹配、构象均处于稳定反式状态，形成结构稳定的主客体复合物，核磁共振中表现为慢交换，结合常数超过 10⁵ M^-1；

3. 客体变形 (客体n = 16)：较长链客体通过引入 gauche 构象进行弯折适应主体腔体，伴随主体略微构象变化，主客体协同适应形成复合物，结合能力下降，表现为快交换；

4. 主客体不匹配 (客体n = 18)：客体一端完全伸出主体外部，结合常数进一步减弱。

这些结构在单晶 X 射线衍射中得到直接印证，展示了一个连续的主客体构象调节图谱：从尺寸完美匹配的“锁钥结合”，到主或客体牺牲构象稳定性以实现配合的“诱导契合”，再到结构挤迫甚至超出主体的“过载包合”，完整体现出分子识别中构象柔性的调节机制。

总结与展望

 该研究不仅揭示了柔性主体分子的结构–手性关系与识别调节机制，更提出了一种融合刚性预组织与构象适应的新设计策略，为人工主体系统实现“仿生识别行为”提供了具体可行的模型。柔性共价有机管柱flex-COP-n系统所展现出的可编程结构、手性自分类与适应性识别性能，有望在未来拓展至手性分离、智能识别材料、动态组装系统等方向，推动超分子化学在功能构筑与仿生应用中的进一步发展。

Chiral Self-Sorting of Flexible Covalent Organic Pillars for Adaptive Molecular Recognition

Dr. Shengnan Gao, Min Zhang, Yimin Zhang, Dr. Congsen Wang, Prof. Andrew C.-H. Sue

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202509177