美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的化学家合成了能够络合其他中性分子、具有空腔结构的分子。这些结果标志着人们在设计具有相似于酶的络合能力的分子方面取得了初步的成功。

洛克菲勒(Rockefeller)大学的一位博士后研究人员肯特D · 史蒂沃特(Kent D. Stewart)在接受美国《化学与工程新闻》杂志有机专业组记者的采访时指出,加州大学这 ~ 研究组在合成这种络合分子或叫做宿主分子(host molecule)时,将4摩尔的间苯二酚和4摩尔的乙醛分子缩合起来,然后让这一大环中间体和比如像二氯二甲基硅烷等分子进行反应形成具有较长而又狭窄的永久空腔的刚性分子。这种宿主分子能够和二硫化碳、丙烯、二氧化硫以及氧等线性小分子形成络合物。史蒂沃特指出,用不含金属离子的宿主分子将双原子氧络合起来这还是第一次。

这一氧络合物有望成为一种分子血液的代替物。以往的人造血液都是能够溶解氧的全氟代醚乳剂。就像血红蛋白在分子水平上运载氧那样,史蒂沃特描述的这种合成宿主分子亦能作为分子氧的载体。这个研究组正在进一步合成具有氟代空腔结构、载氧能力更强的宿主分子。

和史蒂沃特合作的有有机化学教授D. J. 克拉姆(Donald J. Cram),物理化学教授K. N. 特鲁布拉德(Kenneth N. Trueblood)和结晶学家I. 戈德伯格(Israel Goldberg),后者来自以色列Tel-Aviv大学。该项研究是由美国国家科学基金会资助的。

这些合成宿主分子已不是头一次被发现的能够络合中性小分子的有机分子。其他工作者曾经在用环糊精的空腔来络合中性分子方面做过相当的贡献。同时环糊精空腔边上以共价键方式结合的官能团对于包在其中的底物具有酶促反应的催化能力。但是环糊精是一类天然产物,其空腔大小和内部环境是固定不变的,使用合成宿主分子能为化学家设计空腔大小和内部结构带来更大的自由。

加州的研究人员通过对空腔“底部”间苯二酚5号碳原子上质子以及“顶部”的硅烷基上指向内部的质子核磁共振信号的改变来跟踪络合物的形成和稳定性。X - 射线单晶衍射研究表明,在空腔内部存在寄宿分子(guest molecules),彼此间相隔范德华(van der walls)距离。络合物是络合分子和被络合分子在氘代氯仿和氘代苯中合成的。

对于苯,硫氰酸叔丁铵,二氧化碳,氯仿,碘,碘甲烷,二氯甲烷,铁氰化钾以及水等分子没有发现被络合。史蒂沃特认为这种失败是由于分子的大小及形状和长而狭窄的空腔不相吻合而造成的。也可能是由于电荷在溶剂化和去溶剂化过程中的能量因素造成的。二氧化碳未能被络合可能是因为这种气体在所用的溶剂中溶解度低所致。

克拉姆在指导这项研究时使用了所谓的先组配后补足的原理。先组配是指组配空腔时能量的消耗以及由空腔未经去溶剂化而直接用来进行络合所带来的能量节省均在合成宿主分子时得以均衡。后补足是指宿主分子和寄宿分子必须同时相互接触进而吸引在一起。目前所合成的络合物中,寄宿分子以全接触的方式充满整个空腔。引力的来源是诱导偶极 - 偶极作用。

[Chemical & Engineering News,1985年第11期]