銅離子軸線驅動鋁氧大環聚輪烷研究獲進展

機械互鎖分子賦予物質納米尺度的動態性與功能性。然而，金屬有機—無機大環機械互鎖體系極具合成挑戰性，這源于其多種組分間復雜的配位與自組裝競爭，使其難度遠超傳統有機大環聚輪烷。

近期，中國科學院福建物質結構研究所團隊將銅離子引入軸線，采用一鍋法引導各組分按照預設結構進行自組裝。研究利用Cu⁺/Cu²⁺在配位模式與價態上的多樣性，結合柔性配體的自適應性，成功驅動鋁氧大環從準輪烷逐步演化至二維聚輪烷。

研究表明，銅離子具有核心導向作用與動態調控作用，在體系中扮演模板與維度調控的雙重角色。在Al₈大環腔內，Cu⁺以線性配位構型為內部模板，定向驅動軸組分的精準貫穿；在腔外區域，銅離子憑借豐富的配位模式與氧化態靈活性，引導金屬節點從單核、雙核逐步演變至Cu₄I₄簇，實現結構維度的層次化組裝。

研究還發現，硬酸Al³⁺與硬堿萘甲酸定向構筑結構穩定的剛性大環主體，軟酸銅離子與軟堿二吡啶基配體則在大環腔內及外圍動態驅動軸的貫穿與延伸。柔性含氮配體優異的結構自適應性，是實現理性設計組裝的關鍵，可通過σ鍵旋轉呈現多種構象，既匹配腔內銅離子的線性配位需求，又能靈活適應腔外不同銅簇的幾何要求。這種配體自適應行為與銅離子的配位靈活性協同，促使體系得以按預設路徑從孤立[2]準輪烷、[3]準輪烷逐級演變至一維鏈及二維網絡。

這一策略將軸線金屬離子的配位與價態多樣性作為設計要素，為克服金屬有機—無機大環機械互鎖體系中復雜的配位競爭難題，提供了通用且可控的解決路徑。

相關研究成果發表在《德國應用化學》上。