近日，我院曹晓宇-杨柳林联合团队在可控构筑分子组装体结构方面取得新进展，相关成果以“Truncated Face-Rotating Polyhedra Constructed from Pentagonal Pentaphenylpyrrole through Graph Theory”为题发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c08243)
分子多面体化合物因其独特的结构、限域空间及在催化、分子识别等领域的应用而备受关注。近些年来，化学家们构筑了形状、尺寸、功能各异的分子多面体结构。但由于基本设计原则的匮乏，新多面体结构的发现仍面临挑战。近年来，曹晓宇-杨柳林联合团队借鉴数学中的面方向性多面体（Face-Rotating Polyhedra）概念，发展了以三聚茚、氮杂三聚茚、四苯乙烯等为基元的一系列分子面方向性多面体组装体系，将组装基元的二维手性传递至分子多面体的三维手性，是一类全新的分子手性形式 (Nat. Commun., 2016, 7, 12469; Chem. Commun., 2018, 54, 4685; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 18142; Chem. Sci., 2018, 9, 8814)。
本工作基于图论构建了预测分子多面体结构的模型，并通过五边形面基元（F）和二胺顶点（V），进一步构筑了一类F2nV5n类分子多面体结构。但该类分子多面 体不属于任何已知的经典多面体结构，是一类全新的多面体。图论揭示了该类分子多面体的对称性和拓扑结构，指出构筑该类分子多面体（n=2, 3）需一定弧度的五边形基元和约70°夹角的顶点。五苯基吡咯是典型的聚集诱导发光分子，且苯环旋转可使该分子呈现一定弧度。同时，环己二胺分子具有60°的扭式构象，符合顶点的结构要求。因此，通过五苯基吡咯衍生物和环己二胺分子，可在不同溶剂中分别得到了截角四面体和截角菱面体结构。通过高效液相色谱、质谱、圆二色光谱、单晶和理论模拟，佐证了该理论预测模型的正确性，并证实了溶液状态下，五苯基吡咯分子的苯环受限而导致了分子多面体的手性。
该工作由杨柳林研究员、曹晓宇教授和田中群教授共同指导，博士生瞿航为论文第一作者，黄哲誉硕士、硕士生董雪、王忻昌博士、博士生汤啸、博士生李之豪、硕士生刘昊亮协助完成工作。华南理工大学赵祖金教授和硕士生黄瑞山协助完成圆偏振荧光测试。此工作得到章慧教授、苏纪豪教授、孙庆福教授、李霄鹏教授、汪骋教授、张维教授、王宇博士等积极帮助与支持，并得到国家自然科学基金（批准号：21971216, 21722304, 91427304, 21573181, 91227111)、中组部“青年拔尖人才”计划、中央高校基本科研业务费专项资金（批准号：20720160050）、南强青年拔尖人才支持计划支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c08243
