香港大學突破性研究：可調控機械手性索烴的香港性研設計與應用
2025年5月19日，香港大學化學系團隊在《自然-合成》發表重要研究成果，大學調控的設首次通過等構去對稱化策略成功構建了具有可調控機械手性的突破超小型索烴，為分子機器和功能材料開發提供了全新思路。究可機械計以下從核心突破、手性索烴技術路徑、香港性研應用潛力及合作網絡四方面解析這一里程碑式進展。大學調控的設

一、突破核心突破：機械手性的究可機械計精準設計與調控

傳統索烴的對稱性限制使其難以展現手性特性。港大團隊創新性地將兩個非手性環（BPBox2?）通過機械互鎖形成緊湊結構，手性索烴破壞原有對稱面（從C?v降至C?對稱性），香港性研從而誘導出機械手性（圖1）。大學調控的設該索烴（BPHC??）在固態下以外消旋體形式存在，突破但在溶液中通過添加手性二磺酸陰離子可選擇性誘導單一對映體，究可機械計實現手性光學活性調控。手性索烴

關鍵數據支持：
- 動態核磁共振（1H NMR）顯示外消旋化能壘為16.4 kcal/mol，證實分子穩定性。
- 單晶X射線衍射解析了手性鎖定狀態下的非對映異構體結構。

二、技術路徑：正交自組裝與動態調控

研究團隊采用多模板協同策略：
1. 同構去對稱化：通過替換CBPQT??環的聯吡啶單元為苯基-吡啶單元，降低對稱性并增強互鎖選擇性。
2. 動態響應機制：溶劑離子強度、pH及金屬配位（如亞銅離子）可精準調控索烴的構象切換（圖2）。例如，質子化狀態下僅外圍環可運動，而脫質子化后核心環參與動態重組。

此方法突破了高階索烴合成的傳統模板限制，一步合成效率高達72%，為復雜分子機器構建奠定基礎。

三、應用前景：從分子機器到智能材料

該研究為以下領域帶來革新潛力：
1. 靶向藥物遞送：利用手性可調特性開發選擇性分子載體，例如識別特定離子（如亞銅/硫酸根）并觸發釋放。
2. 納米傳感技術：通過光學活性變化實時監測環境離子濃度，適用于生物樣本檢測。
3. 智能材料開發：動態構象切換可用于設計光響應材料或自修復聚合物。

四、國際合作與學術傳承

此項研究由已故諾貝爾獎得主Fraser Stoddart教授領銜，聯合香港大學、西北大學及上海科技大學等團隊完成。Stoddart教授在分子拓撲學領域的開創性工作（如輪烷和索烴合成）為本次突破提供了理論基石。團隊通過跨學科協作，整合超分子化學、計算模擬與晶體學分析，展現了基礎研究與技術轉化的深度融合。

研究意義與展望
港大團隊的工作不僅實現了機械手性的精準控制，更拓展了索烴在分子機器和功能材料中的應用邊界。未來研究方向可能聚焦于：
- 多層級機械互鎖結構（如環狀雙[2]索烴）的高效合成；
- 利用AI預測索烴動態行為以優化設計；
- 探索手性索烴在不對稱催化中的潛力。

此成果標志著超分子化學從結構設計邁向功能調控的新階段，相關技術有望在10年內推動分子級智能系統的實際應用。

參考資料
: 支鏈[8]索烴動力學調控（Angew. Chem. Int. Ed., 2021）
: 機械手性索烴設計（Nature Synthesis, 2025）
: 手性誘導與調控機制（Nature Synthesis評述, 2025）
: 對稱性分析與應用前景（Nature Synthesis, 2025）
: 離子響應型索烴開發（Nature Communications, 2024）
: 異[3]索烴合成新策略（Angew. Chem. Int. Ed., 2025）
: 雙金屬索烴抗菌應用（Angew. Chem. Int. Ed., 2024）

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