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6月29日，廣州大學王平山教授團隊在Chem上發表了題為“Supramolecular triangular orthobicupola: Self-assembly of a giant Johnson solid J27”的新研究，他們報道了利用多三聯吡啶配體L與過渡金屬鋅離子Zn2+進行自組裝，成功構建了迄今為止“最大”的約翰遜多面體（Johnson Solids）分子籠[Zn₂₄L₁₂]。廣州大學大灣區環境研究院青年講師伍暾為論文的第一作者和共同通訊作者。

約翰遜多面體（Johnson Solids）共有92中，其數學表達方法早在1966年就已經被提出，但是在合成化學領域，卻極少有約翰遜多面體結構的報道。反式立方八面體（Triangular orthobicupola, J₂₇）是約翰遜多面體中的典型代表。從幾何學上而言，雖然其與立方八面體（屬于阿基米德多面體，Cuboctahedron）具有高度的相似性，但是兩者仍然有構像上的差異。在立方八面體中，由于結構高度對稱，只存在一種三角形平面，并且三角形平面只與其他四邊形平面共邊（反之四邊形亦然）。而對于反式立方八面體，其結構復雜程度大大增加：有兩種三角形平面，其中一種與立方八面體相同（2個）；另一種三角形平面（6個），其共邊的面既有四邊形也有三角形（如圖1所示）。兩者間細微的構像差異極大增加了反式立方八面體結構的組裝難度：1.自組裝過程需要合理且精準的控制，特異性生成反式結構并避免生成同樣熱力學穩定的立方八面體；2.表征難度大，平常的表征技術例如核磁、質譜均無法確定反式立方八面體結構的幾何構型。單晶衍射基本上是唯一有效且可行的表征手段。

圖1：反式立方八面體（Triangular orthobicupola）和立方八面體（Cuboctahedron）的幾何學描述

圖2：反式立方八面體[Zn₂₄L₁₂]（Triangular orthobicupola）的晶體結構

該研究組將乙酸乙酯非常緩慢的揮發進入[Zn₂₄L₁₂]的DMF溶液中，培養2-3個月后，可以得到[Zn₂₄L₁₂]的單晶。圖2列出了不同視角下[Zn₂₄L₁₂]分子籠的具體結構。晶體結構顯示：相比于典型的D_3h對稱的反式立方面體結構，該分子籠中兩個三角形（圖2-C，紅色標注）并沒有完全對齊，朝C₃軸方向可以觀察到有一定扭曲。因此，得到的分子籠顯示出更低的D₃對稱性。

本文作者設計將間位取代Tpy^A和對位取代Tpy^B兩種單元連于苯環母體的配體設計策略，并與鋅離子Zn²⁺自組裝，一步法成功地合成了迄今止報道的“最大”不規則合成分子籠[Zn₂₄L₁₂]。Chem對此為給予了高度評價:“This study again proves the power of well-controlled supramolecular self-assembly to prepare the complicated structures just like what nature usually does”。此外，這種巨型分子籠的意義并不止于“大”和復雜，如果未來能解決水溶性的問題，那么它們就可能用于蛋白質、多肽等大型客體分子的封裝、存儲和運輸，這在藥物遞送領域很有前景。并且，基于溶劑決定的超分子轉換現象，通過溶劑的調節動態地改變分子籠空腔大小，這在藥物分子的動態封裝和釋放領域具有極佳的應用前景。