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溶液中陰離子識(shí)別主要依靠靜電作用？

來(lái)源: X-MOL 2017-09-18 16:21:17

想必大家對(duì)主客體化學(xué)的概念并不陌生。主體最初是指人工合成的有機(jī)大環(huán)分子，客體往往是體積較小的離子或者分子，主客體之間依賴非共價(jià)的弱相互作用力進(jìn)行可逆的識(shí)別。主客體化學(xué)在現(xiàn)代化學(xué)中又稱為超分子化學(xué)，這門(mén)學(xué)科雖仍處于發(fā)展期，但其潛在的應(yīng)用前景涵蓋了其他化學(xué)學(xué)科不曾涉及的領(lǐng)域。其中一個(gè)著名的例子是分子機(jī)器，Sir J. Fraser Stoddart、Jean P. Sauvage以及Ben L. Feringa因?yàn)樵诜肿訖C(jī)器領(lǐng)域的貢獻(xiàn)而獲得了2016年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

筆者要跟大家探討的是以陰離子為客體的超分子化學(xué)。陰離子較陽(yáng)離子在以往很長(zhǎng)一段時(shí)間被忽略。隨著社會(huì)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的需求日漸增加，陰離子的重要性得到超分子化學(xué)家們?cè)絹?lái)越多的認(rèn)識(shí)和重視。陰離子廣泛參與清潔能源、環(huán)境整治、農(nóng)業(yè)和水資源生產(chǎn)，又與基礎(chǔ)化學(xué)學(xué)科息息相關(guān)，例如有機(jī)分子催化、材料科學(xué)以及藥物化學(xué)。

目前在主體的設(shè)計(jì)上化學(xué)家們大多采用嘗試法。利用電腦輔助分子設(shè)計(jì)（Computer-Aided Design, CAD）雖然可以大大提高候選主體的數(shù)量從而提高理想主體的發(fā)現(xiàn)概率，但是目前化學(xué)家們還無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)主客體在溶液中的結(jié)合自由能，這使得CAD這一現(xiàn)代技術(shù)不能在該領(lǐng)域發(fā)揮作用。今天給大家?guī)?lái)的故事可以說(shuō)為CAD的應(yīng)用打開(kāi)了一扇大門(mén)，更是對(duì)陰離子主體投入實(shí)際應(yīng)用提供了更多的可能。故事的分子主角，Triazolophane，是時(shí)任美國(guó)印第安納大學(xué)布魯明頓分校（Indiana University Bloomington）化學(xué)系助理教授的Amar H. Flood（圖1）課題組在2008年發(fā)現(xiàn)合成的化合物。

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