本网讯（物质科学与信息技术研究院）通过限域空间内多重非共价相互作用力协同调控底物分子组装，实现其特定结构的预组装是生物酶催化反应具有高选择性的关键。其中，静电相互作用是一种重要的分子非共价相互作用，在诱导酶与底物的预组织过程中通常具有关键作用，并可稳定反应过渡状态。然而，如何通过构建人工受体来模拟自然界中复杂的组装体系实现底物分子的预组织，尤其是在多孔材料的限域空间中利用静电相互作用与其他非共价相互作用力协同诱导电荷客体实现特定构型的预组织，进而提高其化学反应的选择性仍然具有很大的挑战。
物质科学与信息技术研究院沈登科课题组与香港大学陈潇杨课题组，Fraser Stoddart 课题组合作，研究了环糊精金属-有机框架对客体分子的独特识别和组装能力，其大环框架结构中笼型孔的窗口为“γ-CD二聚体”结构，具有特别的中间亲水、两侧疏水、且有规则分布的电荷的特点，可以通过静电、亲疏水、氢键的协同作用识别客体分子上的羧基基团，并诱导其与“γ-CD二聚体”中间部位的亲水区域相结合，从而稳定不同尺寸、形状的客体分子在其腔体内以类似于某些酶-底物复合物的结合方式增强分子预组织。相关研究结果“Electrostatically Dominated Pre-Organization in Cyclodextrin Metal-Organic Frameworks”为题，以全文形式发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上（DOI:10.1002/anie.202415404）。我校沈登科教授与香港大学陈潇杨教授，香港大学Fraser Stoddart 教授为论文共同通讯作者，安徽大学为第一通讯单位。
图1. 环糊精金属有机框架内的多重非共价作用力协同诱导羧酸阴离子预组织
物质科学与信息技术研究院沈登科课题组与香港大学陈潇杨课题组，香港大学Fraser Stoddart课题组和美国德克萨斯大学大河谷分校Haoyuan Chen课题组合作，利用环糊精金属-有机框架结构实现了光敏攫氢试剂（Photoinduced Hydrogen Atom Transfer Reagent）在限域空间内的特定组装构型的预组织，并在光激发作用下选择性活化了γ-环糊精（γ-CD）上单一的碳氢键。相关研究成果以“Site-selective C–H functionalization in a cyclodextrin metal-organic framework”发表在《Chem》上(DOI: 10.1016/j.chempr.2023.08.028)。沈登科教授为共同通讯作者。
图2. 利用限域空间中的预组织效应实现碳氢键活化中的位点选择性
这些系列研究工作为限域空间内多重非共价相互作用力协同调控组装的复杂体系提供了更深入的理解，也为提高化学反应选择性提供了新的思路。