π堆叠二聚体作为由两个共轭单元平行排列的基本构筑单元,在分子间相互作用、电荷转移和激子动力学等领域中具有重要研究价值,并在有机光电子、分子电子学和催化等应用中展现出广阔前景。然而,现有的制备方法面临挑战——传统的共价合成策略存在反应产率低、产物纯化复杂等问题;而非共价组装体系则存在结构精度不足和体系稳定性较差等挑战。

针对上述问题,吴光鹭教授团队报道了基于一锅法的“折叠键合”策略,即以葫芦[8]脲(CB[8])作为大环主体,与含有两个醛基的吡啶芳基盐客体分子组装,形成超分子折叠体,随后与含两个酰肼官能团的中心功能分子进行酰腙缩合反应,高效构筑了结构可控的环中环π堆叠体。晶体结构显示内环为含π-堆叠单元的四阳离子共价大环,外部由两个CB[8]钳制,形成稳定的多元复合物。该策略反应产率高、底物适应性强,且产物无需纯化可直接培养单晶。该工作中展示了五种以上由该策略直接得到的π堆叠复合物单晶结构。这种模块化的策略也为调控组装结构提供了便利,通过调节侧链长度,可实现对二元π堆叠的精细调控,为共轭体系的光物理性质研究提供了有效策略和可拓展调控的分子平台。

该研究成果以“One-Pot ‘Click’ Synthesis of Ring-in-Rings Complexes with Customizable π-Stacked Dyads”为题发表在Journal of the American Chemical Society上(J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 15838-15846)。四虎影视 博士研究生刘佳为第一作者,吉林大学吴光鹭教授为通讯作者。

图1折叠键合策略精准构筑π堆叠复合物

在此基础上,该团队进一步探索“折叠键合”策略在结构多样性与手性功能方面的拓展应用。通过引入具有轴手性的构建模块1,1'-联-2-萘甲酰肼,构筑了具备手性传递能力的环中环超分子体系。单晶结构显示,该手性环中环的两臂呈现错位交叉的结构,联二萘骨架的二面角变化表明了成环前后手性结构的变化,促使圆二色谱信号有所改变。在CB[8]赋予的空间约束和较短柔性链侧向限制的双重作用下,所形成的环中环复合物展现出扭转诱导的圆偏振发光行为(|glum| = 0.0026,λem= 533 nm)。

图2折叠键合策略实现圆偏振发光行为

该研究成果以“Chiral Ring-in-Ring Complexes with Torsion-Induced Circularly Polarized Luminescence”为题发表在Chemical Science上(Chem. Sci., 2025, 16, 7858-7863)。四虎影视 博士研究生刘佳为第一作者,吉林大学吴光鹭教授和中国科学院化学研究所刘鸣华研究员为共同通讯作者。

综上所述,从分子折叠到结构锁定,从非共价识别到共价连接,“折叠键合”策略实现了超分子组装体系在构筑效率、结构选择性与功能调控三方面的展示。不仅为多组分协同组装与动态共价构筑提供了全新思路,也为构建新型手性材料、光学功能器件及可控响应分子系统奠定了坚实基础,展示了其在超分子化学与功能材料领域的广阔应用前景。

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