基础科学研究所 由多卟啉单元组成的卟啉基巨型有机笼的三维结构
信用:IBS 著名的加泰罗尼亚建筑师安东尼·高迪曾经说过:“人类创造的任何东西都已经在大自然的巨著里了
“在不同的人造建筑和艺术中，球形结构和形状是最令人着迷的人类想象的幻想几何形式
由于其几何纯度和技术复杂性，制作完美的球形建筑具有挑战性，因此这些结构既迷人又罕见
一方面，也许是受到巨大天体的启发，富勒等建筑师设计了像蒙特利尔生物圈二号这样的短程线穹顶结构；另一方面，有些化学家是世界上最微型美学结构的建筑师
后者从自然界存在的复杂自组装结构中获得了大部分灵感，例如高度对称的中空球形病毒衣壳和蛋白质笼
制造这种纯有机的、原子级精确的空心分子球或笼子是一项综合挑战
以前构建纯有机笼的方法通常允许形成小尺寸的有机笼(空腔直径 现在，由韩国浦项基础科学研究所(IBS)自组装和复杂性中心的KIM Kimoon主任领导的团队成功开发了一种无模板一锅合成卟啉基巨型有机笼的方法，该有机笼由多卟啉单元组成(见动画)
一般来说，化学反应或过程的进展受系统随机性或熵增加的影响
然而，在笼子形成过程中，当随机分散的多个笼子亚单位组织形成单一的三维结构时，该过程变得不利于进入
为了迫使多个分子在三维球形空间中组装，并通过共价键将它们合并成单个球形分子，研究人员以前已经合成并利用其他分子专门作为模板来促进预组织过程
无模板一锅合成工艺
信用:IBS 然而，绕过这些挑战，金和他的同事们能够合成由36种成分组成的P12L24笼子，我
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12个方形卟啉单元和24个弯曲接头，不使用基于模板的策略
“我们假设，如果组分分子(卟啉衍生物和弯曲连接体)的形状、刚性、长度和弯曲角度设计得当，合成如此大的有机笼是可能的，”这项研究的第一作者KOO·宰海翁解释说
巨型卟啉笼P12L24的设计、合成和尺寸
信用:IBS 2015年，同一研究小组报告了由6个四连接卟啉和8个三连接三胺接头(P6L8)组成的立方体几何形状的卟啉盒
这一结果激励他们通过改变四连接卟啉和两连接弯曲接头的合成设计，进一步尝试构建更大的卟啉笼
目前合成的P12L24笼具有截头立方体十面体结构，具有12个正方形面、8个正六边形面和6个正八边形面(见动画)
笼子的外部尺寸为5
3纳米和内腔4
直径3纳米(图1)
P12L24笼的整体结构让人想起运输蛋白笼COPII的结构，其具有立方八面体形状，并且由异四聚体单元和在四聚体顶点相遇的其它外壳成分组成，类似于P12L24中的卟啉和接头亚单位(图2)
研究人员还探索了这种大的中空分子球或笼的潜在适用性，如宿主分子的封装和光催化
本研究结果将有助于未来多元大分子有机笼的合成，这些笼可能适用于大型货物的运输、大小均匀的纳米粒子的合成、结合客体的反应性调节、分子识别、催化等
“这是合成巨大球形分子的一大进步
如果我们能使P12L24笼溶于水，也许它们可以作为大客体分子(如蛋白质)的有效容器，并有助于它们的储存、运输和其他应用
我们的研究可能会提供一个突破，通过击败熵问题，建立一个聪明和简单的方法来建造一个由大量积木组成的上层建筑，”金主任指出
他进一步补充说，“这些结构的另一个意义是利用卟啉亚基的存在，它展示了有趣的光物理性质，如光收集、能量转移、电子转移等
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