反應驅動“分子籠連體分子籠”仿生結構轉化研究取得進展

　　由化學反應驅動的結構轉化是自然界萬物生長變化的物質基礎。這些自然系統的運動通常對應著相應的生命功能，比較有代表性的例子是ATP合成酶催化過程中的構象變換。多組分自組裝超分子體系提供了一種可以在分子尺度上模擬生物體功能的可控平臺。雖然文獻已有大量的基于分子識別原理的刺激響應體系報道，但它們大都是通過動態主體分子與具有特殊尺寸、形狀和電荷特征的客體分子定向結合（誘導匹配模型）而發展的。由主體催化初始客體反應原位產生新客體、且新客體進一步反過來誘導主體結構發生轉化的現象極其罕見。

　　鄰亞甲基苯醌（o-QMs）是一類重要的天然產物和藥物合成中間體。由于具有雙自由基或兩性離子結構，o-QMs中間體往往稍縱即逝，極易于發生雜化Diels-Alder或親核加成反應。

　　近期，中國科學院福建物質結構研究所研究員孫慶福團隊在客體反應驅動的“分子籠-連體分子籠”的仿生結構轉化研究取得進展。該研究選擇1-羥甲基-2-萘酚（G1）這一已知的o-QMs前驅體作為客體，通過疏水作用將其包裹的具有大尺寸空腔的水溶性分子籠1中，意外發現一種由客體反應誘導的從較大空腔的分子籠1到含有兩個較小空腔的連體雙籠2的結構轉化現象。

　　該研究對分子籠1和G1間的主客體化學進行探索。在核磁滴定實驗表面，水相條件下分子籠1可以包裹高達4個G1分子在其內部空腔內。理論計算表明，在限域空腔中G1具有高達7.57 M的局部濃度，因此觸發了其自發脫甲醛的自偶聯二聚反應，原位生成2,2'-二羥基-1,1'-二萘甲烷產物G2；在強π-π相互作用驅動下，G2觸發了母體分子籠1到連體分子籠2的類有絲分裂過程。這種從分子籠到連體雙籠的結構轉化與細胞有絲分裂過程具有類似的特征：都是由一個內部反應驅動的；母體骨架有一個空腔，而生成的新骨架具有兩個獨立的空腔；轉化前后兩個體系的構建單元相同。

　　具有動態對外界刺激做出反應的能力是生命最基本的特征。該研究首次揭示了由內部客體分子反應充當驅動力的分子籠到連體分子籠的刺激響應性轉化行為，有助于理解酶催化和蛋白變構等生物過程。

　　相關成果發表在《德國應用化學》上，福建物構所、福建師范大學聯合培養碩士研究生程珮明為第一作者。研究得到中科院戰略性先導科技專項、國家杰出青年基金支持。

反應驅動的“分子籠-連體分子籠”仿生結構轉化研究取得進展