厦门大学在具有精确长度、管径及手性单分子纳米管的合成及其性质研究方向取得重要进展

苏纪豪教授课题组在具有精确长度、管径及手性单分子纳米管的合成及其性质研究方向取得重要进展，相关成果以“Synthesis of covalent organic pillars as molecular nanotubes with precise length, diameter and chirality”为题发表于《自然合成》（Nature Synthesis2023,Doi：10.1038/s44160-022-00235-w）

此外，苏纪豪教授受《自然合成》主编Dr.Alison Stoddart邀请，在《自然合成》期刊上针对此项研究工作发表题为“Making molecular nanotubes by cross-linking stackable rings”的Research Briefing简介文章。

纳米管状结构内部的一维限域空间具有多重应用潜力，包含分子识别和存储、催化、跨膜运输、以及纳米电子器件等。近年来，在碳纳米管材料相关研究热点以外，许多纳米管状组装体或聚合物亦被广泛报道。然而，文献中多数纳米管由于缺乏精确结构，其化学和物理特性难以被充分掌握。通过由下而上方式精准合成具有均匀长度、直径以及单一手性的分子纳米管，对于进一步揭示此类一维纳米结构的构效关系与构建基于分子纳米管的复杂系统及功能材料至关重要。

着眼于此一难题，苏纪豪课题组近年来致力于双缘去对称化大环芳烃体系的合成与衍生化(J. Am.Chem. Soc.2018,140, 74;Angew. Chem. Int. Ed.2020,59, 3994)，并以此类大环作为纳米管结构组装基元，前期已通过金属配位实现一系列金属有机纳米管柱的精准构建(Chem.2022, 8, 2136)。在此项发表于《自然合成》的工作中，作者以课题组所开发的五醛冕[5]芳烃大环为构筑模块，和对苯二胺通过高度可逆的[2+5]亚胺缩合反应，定量合成共价有机管柱(Covalent Organic Pillars,COP-1)，并通过高效液相色谱实现COP-1对映异构体的拆分。在关键的结构鉴定部分，作者成功培养了COP-1单晶样品并解析其晶体结构。X射线晶体数据表明COP-1为2nm长、4.7 Å宽的手性单分子纳米管，其内部一维孔道体积约为440 Å3。通过后续一系列的核磁共振波谱、等温滴定量热和Ｘ射线衍射测试，作者进一步确认了此纳米一维孔道可容纳长度和电子密度分布与COP-1互补的α,ω-二取代烷烃长链客体；并使用COP-1作为分子容器，研究了不同长度碳链在限域空间中的主客体结合模式与构象变化。

该研究论文在苏纪豪教授指导下完成，第一、二作者分别为苏纪豪课题组2021届硕士毕业生田亚茹与2020级硕士生郭云龙。此外，本项研究工作获得了曹晓宇教授与台湾大学詹益慈教授课题组的大力协助，并得到繁星科学基金(SN-ZJU-SIAS-006)的资助。