理化所在共轭有机分子笼的主客体化学领域取得新进展

含有连续对苯撑单元的有机分子笼因其具有独特的径向共轭体系而备受关注，然而中空的共轭骨架导致分子张力增加，成为制约相关研究的合成瓶颈。同时由于高张力共轭体系的存在大幅提升了分子笼骨架的刚性，造成空腔形变能力弱，从而降低了此类分子笼结合客体分子的能力。为克服这一短板，中国科学院理化技术研究所丛欢课题组与肖红艳副研究员等多个团队合作，将刚性的共轭对苯撑单元与柔性的杯[6]芳烃结构进行创新性融合，成功开发了一种具有优秀的自适应形变性质的共轭有机分子笼。其空腔可容纳不同尺寸的富勒烯客体分子，而且在结合客体分子后，分子笼空腔体积可膨胀达85%。

具有优秀的自适应形变性质的共轭有机分子笼

科研人员采用汇聚式的构筑策略，将对称性匹配的大环片段与分枝形片段一步连接成为分子笼骨架，实现了快速简洁的合成。在“刚柔相济”的结构单元协同联动作用下，分子笼可以发生显著的构象变化，从而有效封装C60、C70等不同尺寸的富勒烯分子。尤其是通过X射线单晶衍射分别确定了无客体的空笼与包含C70客体的分子笼的结构，为客体自适应性的可变形空腔提供了最直观的实验证据。

通过实验结果与理论计算互相印证，科研人员分别从热力学和动力学两方面进一步揭示了分子笼空腔的自适应形变性质，以及主客体的相互作用机制。计算结果表明，分子笼的形变特性有助于使其空腔的内表面与富勒烯的外表面形状匹配而促进非共价相互作用。此外，借助分子动力学模拟使得客体进入分子笼伴随着空腔剧烈形变的过程得以可视化呈现。

该研究工作不仅拓展了对苯撑衍生的共轭有机分子笼的主客体性质，还为设计合成新颖共轭超分子结构提供了思路，以A Conjugated Phenylene Nanocage with a Guest-Adaptive Deformable Cavity为题在Angewandte Chemie International Edition期刊上发表。论文的共同第一作者是理化所博士生杨静譞和助理研究员毛亮亮，通讯作者是丛欢研究员和肖红艳副研究员。理化所康雷研究员、林哲帅研究员和清华大学张韶光副教授团队在计算模拟和晶体解析方面提供了大力帮助，研究工作得到了理化所吴骊珠院士与佟振合院士的悉心指导。