我院苏纪豪教授课题组在机械互锁结构与立体化学交叉领域取得新研究进展，发展了一种“后互锁环编辑”策略，实现了对统计上极难形成的“不可能”手性[3]轮烷的选择性构筑。相关研究成果以“Stereodefined Improbable [3]Rotaxane by Post-Interlocking Ring Editing”为题，近日在线发表于Angew. Chem. Int. Ed. （DOI: 10.1002/anie.4543318）。
在机械互锁分子领域，构筑高阶轮烷通常依赖于大环与轴组分之间的分子识别。然而，当二者缺乏内在亲和力时，直接穿环组装不仅统计上极为不利，而且若大环本身具有手性，最终产物往往是复杂的立体异构混合物。如何精准合成这类“不可能”的机械互锁分子，并实现立体控制，是该领域长期面临的一项挑战性难题。
研究团队在近期关于利用大环结构“叠环成管”构建纳米管柱结构的基础上（Nat. Synth. 2023, 2, 395; J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 20963; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202509177），发展了“后互锁环编辑”新策略：先利用动态共价键构筑的共价有机管柱COP‑1作为预组织、立体稳定的大环骨架，高效合成并分离光学纯的[2]轮烷；随后通过亚胺键的选择性水解，将COP‑1双环框架“编辑”为两个独立的大环，从而在保持机械键和立体化学信息完整的前提下，一步转化为目标[3]轮烷。该方法彻底绕开了传统多环穿线组装中依赖主客体识别和统计分布的局限。
值得注意的是，最终得到的[3]轮烷中，两个独立的大环与轴之间几乎不存在任何识别作用。换言之，该产物正是传统方法无法直接获得的“不可能”轮烷。本工作通过“先机械互锁、后环编辑”的思路，将立体化学信息从预组织的前体精准传递至最终高阶互锁结构，为合成其他统计上不可及、立体化学上复杂的手性机械互锁分子提供了全新的设计范式。
该工作由苏纪豪教授指导，论文第一作者为我院2020级王丛森博士，并得到课题组2022级博士生付东升及其他研究生的支持。研究工作获得了国家自然科学基金（22371241、22541160267）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.4543318
