近日，武汉科技大学刘思敏教授团队的AMR述评文章“Cucurbituril-Mediated Conformational Control: From Molecular Manipulation to Functional Applications”在线发表。文章系统总结了葫芦脲（CB[n]）超分子主体在有机小分子构象精准调控领域的最新进展，将CB[n]介导的构象调控归纳为五种代表性形式，阐明其设计原理及功能应用，讨论了该领域面临的关键挑战与未来机遇，以推动CB[n]从“分子容器”向“构象调节器”转变，为先进功能材料的设计提供新思路。

关键词：葫芦脲；分子构象；主客体识别；超分子发光材料；刺激响应材料

葫芦脲不仅可作为分子容器，更能作为构象调节器，通过主客体作用诱导分子折叠、扭曲或平面化，进而改变其光物理化学性质。

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文章内容简介

分子构象是决定有机分子性质的关键因素，直接影响分子的共轭程度、分子内相互作用与化学反应活性。传统上，化学家通过共价修饰（如引入大位阻基团）来限制分子构象，但这种方法往往合成路线复杂且不可逆。超分子化学提供了一种动态、可逆的替代方案，即利用非共价主客体相互作用实现分子构象的精准调控。

在众多超分子主体中，葫芦脲（cucurbit[n]uril, CB[n], n = 7, 8, 10）家族凭借其刚性的疏水空腔和负电性的羰基端口，对阳离子客体表现出优异的结合亲和力与选择性。更重要的是，CB[n]不仅能作为“分子容器”隔离、保护客体，更能作为“构象调节器”，通过主客体作用将柔性分子锁定为在溶液中原本无法稳定存在的特定构象。

在本述评中，刘思敏教授团队将CB[n]介导的构象调控归纳为五种形式（图1）：（1）柔性烷基链在葫芦脲空腔内的“U”型折叠；（2）电荷转移复合物在CB[8]/CB[10]内的折叠构象；（3）二芳基乙烯分子光开关的构象调控；（4）扭曲分子（如三苯胺衍生物）的构象调控；（5）线性给-受体型分子的构象调控。

基于上述构象调控策略，研究人员成功构建了多种功能材料：超长室温磷光材料、近红外磷光探针、力致变色材料以及门控光致变色体系等。文章还重点介绍了这些材料在传感、信息加密、生物成像等领域的应用前景。

图1：葫芦脲调控分子构象的五种代表性方式

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AMR：您选择该领域的初心是？

作者团队：

分子构象是有机化学中最基础也最迷人的概念之一。一个化学键的旋转，可能彻底改变一个分子的颜色、发光乃至化学活性。传统上，化学家们通过共价键来“锁定”构象，但这往往需要复杂的合成。我们一直在思考，能否用非共价相互作用来实现同样精准的构象控制？葫芦脲家族的相关研究给了我们启发。它的刚性空腔可以起到“分子构象调节器”的作用，使柔性客体折叠成特定的形状。这种“非共价”的思路，不仅开辟了调控分子性质的新路径，也让我们得以用更简洁、更动态的方式去设计功能材料。

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AMR：您认为该领域可能会出现哪些研究机会？

作者团队：

未来，该领域的重要研究机会在于进一步拓展CB[n]构象调控的适用范围以实现更复杂的功能应用。其一，CB[10]的独特潜力有待挖掘。作为CB[n]家族中空腔最大的同系物，CB[10]能同时包封多个客体或更大的分子，这代表了一种新的研究机会而非简单的尺寸延伸。针对CB[10]空腔尺寸定制设计客体分子，有望实现更复杂、更多样的构象调控与材料功能的优化。其二，更多扭曲分子骨架值得尝试。目前CB[n]介导的构象调控主要集中在三苯胺体系，而四苯乙烯、联蒽、BODIPY等同样具有扭曲构象的经典荧光团还很少被涉及。其三，手性功能的拓展。CB[n]复合物中产生的刚性手性构象，有望用于圆偏振发光和手性传感。将这类构象调控体系进一步与共价有机框架或金属有机框架结合，则是调控材料宏观功能的另一条研究路径。这些方向将共同推动葫芦脲化学从分子层面的精准调控发展为对宏观功能的设计。

作者团队简介

孙冬冬，河南农业大学化学与材料学院讲师，硕士生导师，2024年于武汉科技大学获得博士学位，师从刘思敏教授。研究方向为超分子发光材料及刺激响应变色材料。以第一作者身份在Nat. Commun., Org. Lett., Acc. Mater. Res.等期刊发表多篇论文。

韩勰，武汉科技大学化学与化工学院副教授，硕士生导师，研究方向主要为:（1）设计、合成具有优异光物理/化学性能的有机分子，并应用于智能变色材料、生物探针等领域。（2）基于葫芦脲、冠醚等大环主体，构筑具有独特功能的超分子结构。以共同第一作者/通讯作者身份在Chem, Sensor Actuat B-Chem, Chin. J. Chem, Chin. Chem. Lett.等期刊发表多篇论文。

刘思敏，武汉科技大学化学与化工学院特聘教授。研究领域为有机超分子化学，研究方向包括有机合成、葫芦脲主客体化学、超分子催化、超分子智能聚合材料、发光材料性能调控等。发表论文100余篇，以第一/通讯作者发表的高水平杂志包括Nat. Chem., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等，所发表文章被引用次数达5600余次。

扫码阅读刘思敏教授团队的精彩Account文章：

Cucurbituril-Mediated Conformational Control: From Molecular Manipulation to Functional Applications

Dongdong Sun, Xie Han, Simin Liu*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.6c00108

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