“药学前沿承嘏讲坛”第十六讲：从杂杯芳烃到冠芳烃——大环超分子化学研究进展与心得

　　2018年9月14日下午，中国科学院上海药物研究所“药学前沿承嘏讲坛”第十六讲在承嘏厅举行。清华大学化学系王梅祥教授应邀作了题为“从杂杯芳烃到冠芳烃——大环超分子化学研究进展与心得”的专题报告。上海药物所所长蒋华良院士主持大会，药物所近百位科研人员和研究生参加了本次报告。

　　王梅祥以通俗易懂的语言分享了他十多年来从事的大环分子和超分子化学的研究工作进展，特别是杂原子桥连杯芳烃和冠芳烃这2类全新大环分子的合成、结构、性能和在超分子化学方面的应用等工作，并以形象生动的事例分享了他科研历程中的酸甜苦辣和心得。超分子化学是研究分子间非共价键相互作用的化学，已经融入到生物化学、化学生物学、材料科学和信息领域等很多领域。他从有机化学家角度回顾超分子化学50多年的发展脉络，新颖和功能性大环主体分子的设计、合成与应用一直以来是超分子化学研究的主体和前沿，决定了超分子化学未来的发展方向。上世纪中叶以后，科学家Charles J. Pedersen对冠醚、Jean-Marie Lehn对穴醚以及Donald J. Cram对球醚等大环化合物的原创性研究，奠定了超分子化学这一新兴学科的基础，80-90年代超分子化学进入发展黄金时期，出现了一批新型和功能性的大环主体分子。国内杯芳烃研究第一人黄志镗先生是王梅祥的导师，王梅祥在求学期间做杂环合成化学，从导师那里了解到杯芳烃化学，受启发提出了合成一类结构不同于经典的杂原子桥连杯芳烃分子的设想。回国后，他开始对杂原子桥连杯芳烃分子的合成修饰、结构特征以及对阴离子的络合进行了详细研究。首先建立了一整套合成方法，获得多样性、官能团化的杂原子杯芳烃分子，研究其晶体结构和在溶液中的构象，以及在材料和分子识别方面的应用。比如在全新的大环主体分子基础上，阐明了一些全新的阴离子共价结构，如通过研究分子Tetraoxacalix[2]arene[2]triazine，给出了中性的缺电子芳香环与阴离子发生非共价阴离子- 作用的直接实验证据，并指出了阴离子- 作用的普遍性、作用模式和在溶液中的作用强度及选择性，为阴离子- 作用在超分子化学、不对称催化反应中的广泛应用奠定了理论和实验基础；又如充分运用构象变化，合成了大环液晶基元分子，组装获得了1,3-交替构象的大环液晶材料，可以更低启动电压，响应性更好，这方面工作仍在继续中。在研究氮杂环芳烃与过渡金属离子作用时，课题组意外得到了芳基三价铜化合物，改变反应条件又得到了二价铜化合物，并对其进行了结构表征；通过动力学和理论计算表明了其化学反应机理，即：氮杂环芳烃吡啶与无机铜盐反应首先生成了芳基二价铜化合物，在游离铜存在的条件下最终生成芳基三价铜化合物；三价铜化合物可以和很多阴离子型亲核试剂发生催化反应；最近的研究中还发现了铜催化芳香碳-氢键和硼酸的偶联反应的新机制，丰富和发展了有机铜化学理论。9年前王梅祥到清华大学后，提出通过改造杂杯芳烃中杂原子与芳环的键连方式，设计一类全新的大环主体分子，即由不同的杂原子和对位取代的芳烃或杂环烃成环形成的冠芳烃分子。经过几年努力，他们已建立了一系列合成和结构鉴定的方法，并初步表明了其在超分子化学中的良好应用前景。冠芳烃分子具有很好的设计性，通过反应设计可以很方便地得到各类分子；通过从大环到大环的芳香环转化、对杂原子的选择性氧化、通过官能团转化做成水溶性、合成奇数冠环、引进硫原子并氧化等方法可以实现分子的多样性，改变空腔大小，改变溶解度，改变电子效应。不同空腔大小和电子性能的冠芳烃分子具有独特的分子识别性能，比如具有柱状空腔结构的冠芳烃可以选择性分离富勒烯C70；可以识别阳离子；可以形成阴离子- 作用；可以拓展成全新结构的大环主体分子，在分子通道、分子机器构建和超分子化学等方面具有广阔应用前景，可望成为又一类具有广泛应用前景的大环主体分子。

　　回顾科研经历，王梅祥鼓励年轻科研人员要勇于面对陌生课题，多思考难题背后的科研前景和机会。会后，师生纷纷与他深入交流。蒋华良为其颁发了“承嘏讲坛”证书。

　　王梅祥教授现任清华大学化学系教授、博士生导师、中国化学会超分子化学专业委员会主任、Org. Chem. Front.杂志副主编。曾获国家杰出青年基金、中国化学会有机合成创造奖金奖和中国化学会物理有机化学奖。已发表研究学术论文及综述类文章等200余篇，指导和培养博士研究生50余名。

　　本期讲坛由上海药物研究所主办、新药研究国家重点实验室和中科院受体结构与功能重点实验室联合承办。

王梅祥教授作讲坛主题报告

蒋华良所长向王梅祥教授颁发讲坛证书

专题报告现场

（供稿部门：新药研究国家重点实验室、科研与新药推进处；供稿人：楼小荣、李川）