稀土配位分子籠特異性識別和分離高階富勒烯異構體研究獲進展

分子識別是生物體系的重要過程，尤其在酶-底物、抗原-抗體、藥物-靶點等特異性鍵合過程中發揮重要作用。1985年富勒烯C₆₀的發現，開啟了三維碳材料研究的新紀元。隨著富勒烯碳原子數增加，其立體和構造異構體種類呈指數級增長。不同富勒烯異構體及其衍生物的物理化學性質存在顯著的異構效應，直接影響它們的光電、催化和生物醫學應用。而由于富勒烯分子家族獨特的球狀結構，高階富勒烯異構體的精準識別與高效分離面臨挑戰。

近日，中國科學院福建物質結構研究所研究員孫慶福團隊聯合華中科技大學教授盧興團隊，在《自然-合成》（Nature Synthesis）上發表了題為Low-Symmetry Coordination Cages Enable the Recognition Specificity and Selective Enrichment of Higher Fullerene Isomers的研究論文。該研究基于碗狀三苯三戊并烯配體構建了具有不同對稱性空腔微環境的稀土配位分子籠，利用主客體間π作用精細調控實現了對高階富勒烯異構體的特異性識別和選擇性富集。主客體化學研究顯示，相較于高對稱性籠，低對稱性籠在識別鍵合D₂-C₇₆異構體時表現出優勢。通過精準的形狀匹配，低對稱性籠約束了其空腔內富勒烯客體的無規則轉動，導致主體對稱性從原來的S4降低至C₂。進一步，這一策略被用于識別一對堪稱孿生兄弟的C_2v對稱性的C₇₈異構體。這對孿生富勒烯的區別僅在于兩個相鄰五元環的取向不同，只需一步Stone-Wales單鍵旋轉即可實現彼此結構轉化。結果顯示，低對稱性籠在識別靈敏度和結合力差異方面優于高對稱性籠，在分離純化高階富勒烯異構體方面表現出優勢。

該研究通過降低對稱性策略實現了配位分子籠對高階富勒烯異構體的精準識別，為配位分子籠材料的結構設計與功能開發提供了新思路，并為生物體系中特異性識別過程提供了仿生模型。同時，這一研究為高附加值富勒烯的分離純化開辟了新途徑，凸顯了分子籠材料在識別分離領域的應用前景。

研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等的支持。

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