近日，我院曹晓宇/苏纪豪/瞿航联合团队，在调控分子组装体的动态手性方面取得重要进展，相关成果以“Chiral Molecular Cage with Tunable Stereoinversion Barriers”为题发表在《美国化学会志》 (DOI：10.1021/jacs.3c04761)。
手性分子多面体被广泛应用于手性识别和分离、不对称催化、手性光学材料等方面。近年来，曹晓宇/苏纪豪/瞿航联合团队借鉴数学中的面方向性多面体 (Face-Rotating Polyhedra, FRP) 概念，发展了以三聚茚、氮杂三聚茚、四苯乙烯等为基元的一系列分子面方向性多面体组装体系，将组装基元的二维手性传递至分子多面体的三维手性，是一类全新的分子手性形式 (Nat. Commun., 2016, 7, 12469; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 18142; Chem. Commun., 2018, 54, 4685; Chem. Sci., 2018, 9, 8814; J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 16223; Chem. Sci., 2021, 12, 11730)。然而，大多数手性分子多面体具有相当高的立体化学转化势垒，难以呈现出可控的动态手性行为。
基于三 (四甲基苯基) 硼烷，研究团队构筑了一种具备动态手性的分子面方向性四面体。该分子多面体可在不同对映体的构象间相互转换。通过氟离子与面基元的可逆结合，可实现面基元在平面构型和三维四面体构型间的可逆转化，进而增加异构化能垒和降低手性转化速率，从而实现原位调控FRT的异构化动力学行为。此外，研究团队发现手性苯乙醇可改变该分子多面体构象间的动态平衡过程，诱导分子多面体向优势对映异构体转变。通过构建普适性的物理化学模型，揭示不对称因子μ是此类动态超分子手性诱导过程中最重要的描述符，证实不同对映异构体与诱导剂间的亲和力差异是手性诱导的主要驱动力。该设计策略和物理化学模型亦可适用于其他具备动态手性的分子或超分子组装体。随着对动态化学体系的深入研究和理解，这些可控的动态体系可应用于不对称合成、动力学药物手性拆分和手性光学材料等方面。
该研究工作在我院田中群院士、曹晓宇教授、苏纪豪教授、杨柳林研究员和瞿航博士 (现为英国Liverpool大学Andrew I Cooper课题组博后) 的共同指导下完成。曹晓宇教授、苏纪豪教授与瞿航博士为该文章的共同通讯作者，博士毕业生高文斌为论文第一作者，李之豪博士 (华南理工大学博后)，博士生童天翼 (复旦大学博士交换生)，博士生董雪协助完成工作。华南理工大学王宇教授和博士生姜岩松协助完成圆偏振荧光测试。华东理工大学赵成蹊博士协助完成理论计算。此工作得到姜珊教授、张绍东教授、王宇教授、李昊教授、章慧教授、张亮教授等的积极帮助与支持，并得到国家自然科学基金委 (项目批准号：21991130, 21991131, 22250004, 21722304, 21573181, 21971216, 21971217) 、中央高校基本科研业务费专项资金（20720160050）、浙江大学上海高等研究院繁星科学基金 (grant SN-ZJU-SIAS-006) 支持。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.3c04761
