自然界中，非共价键广泛存在于生物体中，也是促进其形成功能组装体，发挥独特功能的重要保障，例如酶、转录因子、膜受体蛋白和类淀粉纤维蛋白在生物体内的二聚都离不开亚单元之间的非共价相互作用。生命功能体系的组装模式与其功能往往具有重要联系，利用人工分子体系模仿生物功能组装体将对理解高阶结构的奥秘和实现对自组装的精确调控有着重要意义。环套环组装体具有独特的拓扑结构，同时也成功地被用于构筑各类超分子组装体和分子机器，然而利用人工分子体系构筑高阶环套环组装体并揭示其组装机制仍具有较大挑战性。
近日，我院袁立华教授课题组与杨成教授、深圳大学化学与环境工程学院李霄鹏教授合作， 利用含有嘧啶结构单元的氢键芳酰胺大环1a与阳离子环番客体（o-Box/p-Box）成功构筑了一类结构新颖的环套环组装体H4G和H5G及其高阶离散型二聚体H7G2和H8G2。在对环套环主客体复合物的单晶进行解析时，作者发现大环1a骨架发生了一系列连续变化的构象适应特征。此外，阳离子环番客体（p-Box）在H5G中客体表现为与H4G中不同的构象，表明在环套环主客体复合物中，客体也具有一定的构象适应性。环套环体系的构象适应性与整个超分子结构的稳定化有关，而后者取决于体系中多重非共价作用的协同结果。根据此现象，通过控制大环的当量，该团队成功构筑了由七个或八个大环1a与两个o-Box/p-Box组成的高阶复合物，即H7G2和H8G2。在离散型环套环二聚体晶体结构中，多个大环通过调整自身构象以使分子间相互作用力达到最大，以确保H7G2/H8G2型二聚复合物的形成，有效避免了超分子聚合物的形成。这与H4G/H5G中观察到o-Box呈现的两种不同构象相互呼应，表明环套环体系中的构象适应性可以由主、客体双方互相诱导而产生。该研究结果展现出二维氢键大环用于构筑高阶环套环组装体所具有的独特性，有助于理解高阶纳米组装体形成过程中涉及到的界面作用及构象适应性现象。
该研究近期以“Supramolecular Shish Kebabs: Higher Order Dimeric Structures from Ring-in-Rings Complexes with Conformational Adaptivity”为题发表于Angewandte Chemie International Edition上。四川大学为论文署名的第一单位，四川大学化学学院袁立华教授、杨成教授以及深圳大学化学与环境工程学院李霄鹏教授为论文的共同通讯作者，四川大学化学学院博士研究生王真文和中科院高能物理所梅雷研究员为共同第一作者。感谢国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、超分子结构与材料国家重点实验室开放项目、深圳市科技发展基金的经费支持，同时感谢四川大学化学学院邓冬艳教授与四川大学分析测试中心邓鹏翅教授在核磁测试的支持以及上海光源BL17B工作人员提供的同步辐射测试支持。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202216690
