美国犹他大学Peter J. Stang课题组Acc. Chem. Res.综述: 超分子配合物的分层组装

【引言】

基于多种无干扰作用的多层自组装是形成多种复杂生物结构（双链DNA、三维折叠蛋白和生物活性细胞膜）的基础。以血红蛋白为例，包括金属配位、氢键作用、疏水作用、静电作用在内的多种非共价相互作用，共同决定了血红蛋白的结构和功能。科学家受自然界的启发，设计合成了多种超分子体系形成自组装体。超分子自组装领域在过去的几十年间得到了突飞猛进的发展，为材料世界提供了一种可响应外界刺激进行自我调整的功能性纳米材料。

基于配位作用的自组装已经成为构建精细、有序的超分子配合物的一种可行方法。基于此种方法构建的超分子配合物形貌有二维多边形、三维笼状、棱柱和多面体。和传统的共价作用相比，金属和配体的配位作用在构建最终产物时具有简便、快速、易制备和产物缺陷少等优点。不仅如此，通过金属和配体的配位作用所获得的超分子结构，可在各种外界刺激下（pH、温度和压力等）发生结构、形貌和功能的可逆性转变，因此可以获得在外界刺激下进行自我调整的功能性纳米材料。

【成果简介】

近日，美国犹他大学Peter J. Stang（通讯作者）在Acc. Chem. Res.上，发表了题为"Hierarchical Assemblies of Supramolecular Coordination Complexes"的综述。文章总结了近年来基于金属-配体相互作用通过分层组装构建金属大环和笼状自组装体，其中，通过金属-配体作用构建核，以及通过其他正交作用（比如氢键、π-π堆积、主客体、静电作用、疏水作用和动态共价键合等）获得第二或第三层组装。这篇综述不仅了介绍了非共价作用数量和类型对超分子配合物组装影响，也谈及了基于分级组装的超分子配合物在传感、药物传递和光合作用等方面的应用。

【图文导读】

Figure 1.通过基于配位的自组装构建六边形超分子配合物，以及通过分级组装构建有序纳米结构

Figure 2.UPy修饰的长菱形和六边形的合成和超分子聚合

Figure 3.UPy修饰的长菱形的组装

Figure 4.多层组装调节的金属凝胶

Figure 5.金属大环的制备，以及通过铵盐的主客体作用形成超分子聚合物网络

Figure 6.图示通过分级组装形成超分子金属凝胶

Figure 7.多肽涂覆的纳米球面来模拟组蛋白

Figure 8.LC聚合物凝胶的形成示意图

Figure 9.通过化合物29-31形成多种纳米结构

Figure 10.通过化合物35-36形成多种纳米结构

Figure 11.化合物39, 40和42通过三重正交非共价作用的分级组装

Figure 12.化合物43和44形成的超分子共聚物示意图

Figure 13.索烃45-47的制备和刺激响应

Figure 14.TMV/51生物复合物的合成

Figure 15.化合物52-53的分子结构及其超分子聚合

Figure 16.化合物54和肝素的分级组装示意图

Figure 17.化合物25在水中对二氧化碳的响应

Figure 18.通过化合物3和55合成六边形金属聚合物，及其通过分级组装形成胶束和囊泡

Figure 19.化合物57的设计合成，以及图示纳米组装结构的载药作用

Figure 20.超分子配合物分级组装的未来展望

【结论与展望】

在这篇综述中，作者讨论了近年来金属大环和金属笼子分级组装的发展。通过金属配位作用与其他非共价作用结合，实现多种超分子组装结构的构建。分级组装得到的超分子配合物在传感、药物传递和光合作用等方面均取得了不错的应用。

Hierarchical Assemblies of Supramolecular Coordination Complexes

 (Acc. Chem. Res., 2018, DOI: 10. 1021/acs.accounts.8b00233)

本文由材料人学术组gaxy供稿，材料牛整理编辑。  

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