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變構效應是指生物酶為適應特定底物而發生的結構轉變，在代謝調節中起著重要作用。然而，在有效外部條件刺激下，將人工合成的超分子結構可控地轉化成具有不同構象和功能的高階結構，仍然具有很大挑戰。

廣州大學大灣區環境研究院王平山教授團隊的青年講師伍暾利用鹵素離子與金屬有機大環的模板效應，得到了一系列的四重螺旋結構（圖1）。通過X單晶衍射結果表明，四重螺旋與鹵素離子通過8個較強的C-H···X氫鍵、4個陰離子-π作用力和2個靜電作用力連接。在Iˉ的模板效應下形成了D₂對稱的螺旋結構，而Brˉ或Clˉ則形成了不對稱的螺旋結構。

圖1.在鹵素離子(Iˉ, Brˉ, Clˉ)的模板作用下，金屬有機大環轉化為四重螺旋(X-射線晶體結構)。圖片來源：Cell Reports Physical Science

通過交換實驗和梯度串聯質譜確定了鹵素離子與金屬有機大環的相對結合力順序為：Clˉ>Brˉ>Iˉ。但是，將等摩爾量的Fˉ、Clˉ、Brˉ、Iˉ加入到金屬有機大環中，得到的是Iˉ的四重螺旋(~80%)，同時有少量含Brˉ的四重螺旋(~20%)，結果表明鹵素離子的模板效應具有非熱力學選擇性。這是因為四重螺旋的產生過程中伴隨著一個過渡態生成，即鹵素離子會進攻部分三聯吡啶與鋅離子的配位鍵，這是一個典型的親核反應。由于Iˉ的親核性最強，可以最有效促進配位鍵的斷裂，從而導致該模板效應顯示出對Iˉ的高選擇性（圖2）。

圖2：提出的模板效應機理。圖片來源：Cell Reports Physical Science

隨后，利用這種特殊選擇性實現了水相中Iˉ的選擇性萃取。將金屬有機大環的CD₃NO₂中的溶液與等摩爾比的Fˉ、Clˉ、Brˉ、Iˉ 的水溶液混合， 可以選擇性將碘離子萃取到水相。這項工作為碘離子選擇性萃取提供了一種全新思路，并在碘離子傳感、分離、純化等領域顯示出良好的應用前景。

廣州大學大灣區環境研究院王平山教授和青年講師伍暾為論文的通訊作者，廣州大學研究生柳楊和中南大學博士蔣志遠為共同一作。

Halide ion directed templation effect of quadruple-stranded helicates

Yang Liu, Zhiyuan Jiang, Yuming Guan, Qixia Bai,  Zhe Zhang,  Yiming Li,  He Zhao, Ting-Zheng Xie, Ming Wang, Pingshan Wang, and Tun Wu

Cell Reports Physical Science 3, 101056, October 19, 2022

DOI：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.101056