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JACS:双金属配位的单一手性分子笼的自组装与手性分离
更新日期:2019-01-31  

手性超分子配合物的金属中心有多种立体化学构型,因此有可能创造出多种手性超分子配合物。但是,由于金属中心配位构型具有多变性,合成稳定性好的光学纯的单一手性配合物是研究热点与难点。

中山大学化学学院苏成勇教授研究团队致力于配位超分子自组装研究,利用配位空间功能化的手段探索微纳限域空间的独特配位化学现象。前期该课题组利用立体化学稳定的D3-对称性[Ru(phen)3]2+型金属有机配体,通过手性识别和传递实现单一手性配位分子笼自组装,得到一对金属-有机分子笼(Metal-organic cages, MOCs)对映体(J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4456-4459)。进一步利用该八面体手性立体金属中心的高热力学稳定性,采用预拆分次级结构基元前驱体并进行分步组装的方法,成功获得纯手性金属-有机分子笼,实现对C2-对称性有机小分子对映体的手性分离(Nat. Commun. 2016, 7, 10487)。同时,利用该分子笼的手性配位空间,成功实现区域和立体选择性光催化偶联反应(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3852-3856)。

基于以上结果,他们最近将配位自组装手性分子笼技术发展到了第一周期过渡金属元素铁,利用分步自组装法成功获得高纯度单一手性Fe-Pd双金属配位分子笼。该手性笼在溶液中具有高的稳定性,且可大量制备。他们进一步用该手性笼拆分有机小分子,经过两次循环拆分ee值高达88%。相关研究工作Design and Enantioresolution of Homochiral Fe(II)-Pd(II) Coordination Cages from Stereolabile Metalloligands: Stereochemical Stability and Enantioselective Separation发表在1226日出版的《美国化学会志》期刊上(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 18183-18191, DOI: 10.1021/jacs.8b11152)。

 

他们首先利用一次组装的内消旋Fe-金属配体之间的手性识别与传递效应,通过Pd-配位进行二次组装,得到一对Fe-Pd双金属配位分子笼对映体,发现分子笼Fe-中心立体化学可以通过各顶点/边之间的机械耦合效应增强稳定性,进而通过与手性辅助试剂联萘酚共结晶的方法成功拆分得到单一手性分子笼产物。更有意义的是,他们利用铁-中心的立体化学活性,直接在一次组装过程中引入手性联萘酚,原位诱导铁-中心手性配位自组装,成功控制了Pd-配位二次组装的手性产物,并通过快速沉淀,得到更高光学纯度的大量纯手性分子笼。据此,他们提出原位组装与后组装两种手性诱导过程,发展了共结晶热力学拆分与快速沉淀动力学拆分两种手性产物分离方法。与后组装共结晶热力学拆分相比,原位组装快速沉淀动力学拆分方法不仅过程简易,而且手性产物纯度更高,更便于宏量制备。溶液动力学研究表明,立体化学活性的Fe-金属配体在形成双金属分子笼以后,内消旋现象被有效抑制,手性分子笼具有相当高的立体化学稳定性,可以在溶液中长期稳定存在,因此解决了立体化学活性金属中心的手性稳定性问题。他们进一步利用纯手性分子笼拆分有机小分子阻转异构对映体,发展了可循环式拆分方法,两次循环拆分ee值高达88%

(来源:中山大学化学学院