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模擬球形生物包封劑（如病毒衣殼和鐵蛋白）的上層結構和性質，為了解它們在生命系統中的手性組裝和功能作用提供了可行的途徑。

然而，具有機械性能和客體結合屬性的人造多面體的立體定向組裝，仍然是一個艱巨的挑戰，類似于生物膠囊。

在此，來自美國西北大學和香港大學的J. Fraser Stoddart&天津大學的Huang Wu、王雨以及胡文平等研究者報道了由144個弱C-H氫鍵連接在一起的12個螺旋大環的動態超分子斜方立方體的立體定向組裝。相關論文以題為“Dynamic supramolecular snub cubes”于2025年01月08日發表在Nature上。

基于超分子多面體的球狀生物包封體（如病毒衣殼和鐵蛋白）通常具有明確的立體化學、動態超結構和多組分結合特性。這些特性是生物包封體執行其功能的關鍵，包括包裹和保護遺傳物質、運輸鐵離子以及調節病毒與細胞在生物系統中的相互作用。

因此，化學家和材料科學家對設計和非共價合成人工多面體替代物產生了濃厚的興趣。目前文獻中已經報道了大量形狀多樣且結合特性豐富的人工超分子多面體，它們在分子分離、反應催化和蛋白質穩定化等領域具有應用。

然而，合成具有可調節機械性能和多組分結合行為的非共價手性超分子多面體仍然是一個挑戰。

在此，研究者報道了動態超分子斜方立方體（SSCs）的立體特異性組裝，這是一種具有60條邊、38個面和24個頂點的手性阿基米德立體，通過12個相同的螺旋大環在溶液和固態中組裝而成（圖1）。

每個光學純的斜方立方體由24個[C–H···F]、48個[C–H···O]和72個[C–H···π]相互作用支撐。通過從初始構建單元中144個立體中心控制分級手性傳遞，成功獲得了左旋和右旋的斜方立方體，這些構建單元形成12個螺旋大環，最終生成拓撲手性多面體。

除了可逆光致變色特性外，這些斜方立方體在固態中還表現出光控彈性和硬度。此外，它們還能夠在框架的不對稱腔室中包封兩種組成不同的客體分子。

圖1 對映體SSCs的非共價合成。

圖2 對映體SSCs的固態超結構和立體定向組裝。

圖3 SSCs的光可控力學性能。

圖4 右旋SSCs內客體分子的絡合。

綜上所述，本研究從下而上地探討了動態超分子斜方立方體（SSCs）的立體特異性組裝過程，通過12個相同的扭曲大環在溶液和固態中成功構建了該結構。每個光學純的斜方立方體包含2,712個原子，并擁有一個體積為6,215 ?3的手性空腔，其結構由144個C–H氫鍵支撐。

通過利用分級手性傳遞，并進一步結合非對映選擇性結晶，成功實現了左旋和右旋斜方立方體的立體特異性制備。這項研究結果表明，具有剛性結構、“8”字形拓撲和互補非共價識別位點的大環是構建復雜人工多面體的理想候選材料。

除了明確的立體化學特性外，這些斜方立方體還表現出多項吸引人的特性，預計將在仿生人工容器的開發中發揮重要作用。斜方立方體具有可逆的光致變色行為，其彈性和硬度可以通過光照實現可逆調控，這一發現預示了光控機械性能晶態多面體的新興類別。

此外，這些斜方立方體能夠同時容納多種小型客體分子，并可以在其框架的不對稱腔室中分別包封兩種不同的客體分子。本研究從手性拓撲超結構到動態特性和結合性能，對仿生包封體的模仿邁出了重要一步，為開發先進的仿生材料奠定了基礎。

參考文獻

Wu, H., Wang, Y., ?or?evi?, L.et al.?Dynamic supramolecular snub cubes.?Nature?637, 347–353 (2025).

原創文章，作者：zhan1，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2025/01/09/c58312c59d/

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