天津师范大学化学学院、智能分子交叉科学研究院李春举教授团队：联苯[n]芳烃超分子材料

近日，天津师范大学化学学院、智能分子交叉科学研究院李春举教授的AMR述评文章“Biphen[n]arene-Based Supramolecular Materials”在线发表。文章系统总结了团队近年来在联苯[n]芳烃超分子新体系在材料领域应用的前沿进展，并提出了这类材料仍然面临的一些挑战和机遇。

关键词：联苯[n]芳烃；分子识别；自组装；超分子材料

1 文章内容简介

大环化合物因具有优异的识别、组装特性，经过理性设计加工后可表现出多种功能应用，在超分子化学与材料科学领域中扮演着关键角色。然而，传统大环化合物如环糊精、杯芳烃、葫芦脲和柱芳烃等，受限于空腔尺寸及结构多样性，难以适配尺寸/形状/电性各异的客体分子，严重制约了其功能应用。针对上述挑战，我们团队开发了一种简单、高效、普适的模块化定制策略，用于构建功能性大环化合物并统称为联苯[n]芳烃（Biphen[n]arenes）。该策略通过结构或功能导向的模块置换（反应模块、功能模块及连接模块），可根据客体的结构特征定制化调节联苯[n]芳烃的空腔尺寸、形状、络合位点和骨架基元，在构建多功能超分子材料中展现出显著优势。

该述评重点展示了基于联苯[n]芳烃的超分子体系在三方面的应用：（1）生物医用材料方面，通过对一系列小分子药物、生物活性肽、大分子毒素及功能蛋白等客体分子的高效识别，实现了药物递送、肌松逆转、疾病治疗、毒剂解毒，淀粉样蛋白解聚方面的功能应用。（2）发光材料方面，通过在联苯[n]芳烃骨架引入荧光或磷光团，开发了一系列发光性能优于单体的大环，提出了“大环化诱导荧光/磷光增强”的普适性策略。并基于主-客体相互作用构建了结构多样的大环共晶材料，通过调控给体-受体的化学计量比与分子堆积模式，可实现固态发光精准调控。（3）吸附分离材料方面，联苯[n]芳烃及其分子笼结构凭借其结构特征与多重超分子作用，在顺式/反式1, 2-二氯乙烯异构体、苯/环己烷、甲苯/甲基环己烷、环己烷/环己烯/苯、环庚烷/环庚烯以及四氢萘/萘等工业重要混合物的分离中表现出优异性能。基于大尺寸空腔的联苯[n]芳烃（如三联苯[5, 6]芳烃、四联苯[5, 6]芳烃）构筑的超分子有机凝胶，相较于粉末态材料在水相与气相环境中均展现出更强的碘捕获能力。在详述联苯[n]芳烃在多功能超分子材料构筑中的重要作用与发展潜力的基础上，本文进一步探讨了该体系在结构、性能与应用研究中面临的挑战与未来发展方向，旨在为跨学科研究者提供新思路，推动先进功能材料的创新发展。

图1. 联苯[n]芳烃超分子材料示意图

2 AMR：您选择该领域的初心是？

作者团队：

我们选择联苯[n]芳烃超分子材料领域的初心源于对传统大环化合物结构的深刻认识，如环糊精、杯芳烃、柱芳烃等大环的空腔尺寸和骨架单一性限制了其在复杂客体分子识别与多功能材料设计中的应用。我们希望通过开发一种简单、高效、普适的模块化定制策略，突破传统大环的结构限制，构建兼具空腔可调性、功能多样性与主-客体适配性的新型大环体系（即联苯[n]芳烃），以解决药物递送、发光材料、吸附分离精准调控等实际科学问题，推动超分子化学向更灵活、更智能的方向发展。

3 AMR：您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

1. 功能精准化：通过模块化设计进一步优化联苯[n]芳烃的空腔结构与功能基元，实现对复杂客体分子（如核酸、抗体等生物大分子）的高选择性识别与动态调控，例如在癌症靶向治疗、神经退行性疾病干预中实现精准药物释放。

2. 材料智能化：开发具有环境响应性（如光、pH、温度敏感）的联苯[n]芳烃超分子材料，推动其在智能传感器、自适应药物载体等领域的应用。

3. 应用多元化：拓展联苯[n]芳烃在新能源（如光催化、储能材料）、环境治理（如放射性碘捕获、VOCs分离）、信息存储（基于发光材料的分子编码）等交叉领域的应用潜力。

4 AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会!

作者团队：

1. 结构创新：开发更大空腔（直径≥5 nm）或非对称结构的联苯[n]芳烃，以适配生物大分子（如核酸、蛋白等）的包覆与功能调控。

2. 功能拓展：结合人工智能与计算化学，建立联苯[n]芳烃的主-客体数据库，加速特定功能材料（如高效毒素吸附剂）的理性设计。在发光材料中引入手性模块，开发圆偏振发光（CPL）材料，用于3D显示或光学加密技术。

3. 交叉应用：与合成生物学结合，利用联苯[n]芳烃的蛋白识别能力设计人工酶或仿生信号通路调控系统。在碳中和领域，探索联苯[n]芳烃基材料对CO₂、甲烷等温室气体的选择性吸附与催化转化。

这些方向不仅能够深化超分子化学的基础理论，还将为材料科学、生物医学、环境工程等领域提供创新性技术解决方案。

作者团队简介

李春举，天津师范大学化学学院教授，博士生导师。天津师范大学科学技术处处长、化学学院院长、智能分子交叉科学研究院院长，天津市功能分子结构与性能重点实验室主任，国家级人才，英国皇家化学会会士（FRSC），天津市特聘教授、入选天津市学科领军人才培养计划、浦江人才计划、上海市曙光学者等。兼任天津市化学会副理事长、中国化学会超分子化学专业委员会委员，Chin. Chem. Lett.等期刊编委。主持国家自然科学基金、天津市自然科学基金等国家级和省部级项目十余项；以通讯作者身份在Acc. Chem. Res.、Acc. Mater. Res.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等权威期刊发表SCI论文70余篇，论文他引共7000多次；H-index为50；指导本科生两次获得“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛国家级一等奖，并获“挑战杯”累进创新奖；指导的团队获得全国大学生“小平科技创新团队”。

柳志学，天津师范大学化学学院副研究员，硕士生导师。长期从事于基于环糊精、葫芦脲、联苯芳烃等大环化合物的多功能超分子材料，荧光探针与生物传感等领域的研究，以第一作者或通讯作者身份在Acc. Chem. Res., Acc. Mater. Res., Chem. Soc. Rev., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Chem. Sci., Aggregate, Food Chemistry, Chem. Commun., Chin. Chem. Lett. 等权威期刊发表SCI论文20余篇；主持国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目（C类）、中国博士后科学基金特别资助项目、中国博士后科学基金面上项目、吉林省教育厅“十三五”科学技术项目等；Chinese Chemical Letters期刊青年编委。

陈俊屹，天津师范大学智能分子交叉科学研究院助理研究员，硕士生导师。主要从事大环化合物的设计合成、识别组装及相关超分子材料在生物医药领域的应用研究，目前已在 Acc. Mater. Res.、Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.、Sci. China Chem.、 J. Med. Chem. 等期刊发表论文20余篇，主持国家自然科学基金青年项目和中国博士后科学基金面上项目各一项。

扫码阅读李春举教授团队的精彩Account文章：

Biphen[n]arene-Based Supramolecular Materials

Zhixue Liu, Junyi Chen, and Chunju Li*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00071

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