《Nature》子刊：笼状化合物的新合成方法

对于人的手和眼来说，分子的尺度是如此之小。要想操控这么小的分子和离子，对一般人来说，这无疑要比大象抓蚊子还难得多。于是聪明的化学家设计了另外一些大一点的分子来“抓住”它们。这就是超分子化学中的一个重要的领域和应用。

在这种思路下，一种叫做“主客体化学”的化学分支吸引了很多化学家的兴趣。研究人员通常将环形或笼形的分子叫做“主体”，它们能够结合“客体”分子，例如金属离子或其它小分子。这些具有标志性的分子，拥有动人的名字，如冠醚和穴状分子，它们曾经迅速衍生出化学中的一个新方向，并为三位化学家Donald J. Cram、Jean-Marie Lehn和Charles J. Pedersen带来了1987年的诺贝尔化学奖。多年来，数量庞大的各种结构的主体化合物被合成出来并进行了大量研究，不过其中一些化合物的合成过程非常繁杂困难。

最近，德国弗里德里希-亚历山大大学以Maxvon Delius为首的一个研究小组，在《Nature Communications》上展示了怎样利用动态共价化学从简单的市售化合物出发，只通过一步反应来自组装笼状分子。在这个反应中，原乙酸三甲酯在酸催化剂和钠离子存在的条件下与二甘醇反应，能够生成一种单金属配合物（称为穴状化合物）。在这种复合物中，两个原乙酸作为两个“盖子”被三个二乙二醇链联系在一起，形成了一个有机笼子，钠离子就被“关”在里面。在这个反应中，关键是分子筛滤过原酸酯交换生成的甲醇，从而对驱动这个动态反应系统以形成穴状化合物产物至关重要。

在不存在钠离子的情况下，反应的主要产品是从三甲基原乙酸和二甘醇之间1:1反应所得的简单八元环状原酸酯。在其它的条件下，如在锂离子或钾离子存在时，会生成类似冠醚的复合物，但没有形成穴状化合物。所有这些系统在酸性条件下都是动态的，然而，加入适当的钠盐后，就会导致钠穴状化合物的形成。虽然钠离子强烈结合于穴状化合物之中，但它们并不是完全被困在那里。核磁共振实验表明，钠离子可以进出这个分子的“笼子”，尽管其速度相对比较缓慢。

这些特性开辟了广泛的可能应用，包括系统化学以及分子传感和药物输送。

www.nature.com/ncomms/2015/150522/ncomms8129/full/ncomms8129.html