光驱动非平衡态环糊精-偶氮苯主客体二聚体的立体选择性合成：生物相容性分子机器的突破

编辑推荐：本研究突破传统主客体自组装的热力学限制，利用可见光驱动α-环糊精(α-CD)与偶氮苯衍生物(E-2)形成高能二聚体复合物A（△G>0），通过光化学反应网络实现非平衡态产物分布（PSS含45%复合物A），为生物环境下的活性材料设计和分子机器开发提供新范式。

　　

在自然界中，生命系统通过耦合放能反应驱动吸能过程，实现复杂结构的精准构建。然而，人工模拟这种非平衡态自组装仍面临巨大挑战。传统环糊精(CD)主客体复合物研究多聚焦于热力学平衡态，如何通过外部能量输入选择性构建高能结构尚未解决。意大利ISOF-CNR研究所Alberto Credi团队在《Chem》发表的研究，首次实现了可见光驱动的α-CD/偶氮苯二聚体非平衡态立体选择性合成。

研究采用¹H NMR动力学分析、紫外-可见光谱(UV-vis)停流技术和ROESY二维核磁等手段。通过设计含不同位阻吡啶鎓末端的偶氮苯衍生物(E-1至E-3)，系统比较其与α-CD的 threading/dethreading 动力学参数（k_in/k_out）。重点选择E-2（△△G^?=1.40 kcal/mol）进行光调控实验，采用369 nm和453 nm LED光源分别诱导E/Z异构化。

动力学与热力学分析
研究发现E-2与α-CD形成两种取向异构体：窄缘朝向吡啶鎓的亚稳态复合物A（K_A=0.07×10⁴ M^-1）和宽缘朝向的稳态复合物B（K_B=1.07×10⁴ M^-1）。停流技术显示复合物A形成速率（k_A-in=1.13 M^-1s^-1）比B快12倍，但最终平衡态占比仅7%。

光驱动非平衡态调控
453 nm光照下，体系通过"棘轮机制"持续消耗光能：E→Z光异构化促使复合物解离，而Z→E逆转化后优先重构复合物A。与UV光（369 nm）相比，可见光因产生更高E-2比例（PSS含36% E型），使复合物A占比提升至45%，实现立体选择性反转。

结论与意义
该工作首次将CD主客体化学拓展至光驱动非平衡态领域，阐明位阻/静电效应对 threading 动力学的调控规律。使用可见光和水相体系的特性，使其在生物环境应用（如人工代谢网络、分子马达）中具有显著优势。研究为开发活性智能材料提供了新设计原则，被评价为"分子机器走向实际应用的重要一步"。