中国科学院高能物理研究所梅雷课题组通过准轮烷配体结构的设计和调控，构建了一类由葫芦脲大环与铀酰节点配位连接的新型锕系聚轮烷化合物，并实现了在此配位聚轮烷晶格中自由二吡啶嗡盐客体分子的温度响应结构动态。

轮烷和准轮烷由大环主体和所包结客体分子通过超分子识别作用进行组装而成，是一类典型机械互锁型超分子基元（mechanically interlocked molecules, MIMs）。由于超分子弱相互作用的动态可变性，此类超分子基元在智能响应材料和分子机器领域具有广阔的应用。

大多数关于轮烷等分子机器单元的研究主要集中在溶液相。在溶液中，超分子基元可以得到很好地分散，并倾向于以非连贯的方式进行自由运转。当将这些超分子基元引入到以紧密堆积的有序结构为特征的凝聚相中，分子机器的运转将变得较为困难。一种可用于提高固相分子机器动态运动能力的可行方法是将其作为连接基元整合到金属有机框架（metal-organic frameworks, MOFs）材料中，利用MOFs材料框架所特有的大孔结构为分子机器的动态运动提供更多可用的空间。目前已有不少基于轮烷结构单元的MOFs材料被合成，轮烷结构在这些多孔材料中的分子动态行为也有诸多报道。然而，人们更多地将有机客体分子作为MOF材料的框架组成单元，以此去研究自由的大环主体的分子动态。

基于此，中国科学院高能物理研究所梅雷课题组对传统羧酸型葫芦脲基准轮烷配体进行了结构设计和调控，通过使用末端官能团剪除法，首次合成了仅通过中大环葫芦[6]脲(CB[6])分子连接的锕系-有机配位聚轮烷。由于没有参与同金属中心的配位，该聚合物中的客体分子(C7BPy)表现出了更高的自由度和结构柔性。原位变温单晶X射线衍射分析结果表明，当温度从150 K升至300 K时，C7BPy末端的吡啶环会在CB[6]的空腔内进行旋转而发生构象变化，从而接近铀酰中心，以形成具有更高强度的氢键而稳定自身结构。此外，该配位聚合物还表现出优异的荧光性质(荧光量子产率高达49.8%)，并且能够实现对溶液中Fe³⁺离子的选择性检测(检出限为4.4 ppb)。

在这项工作中，作者通过对准轮烷配体结构的修饰和改造，成功实现了仅由葫芦脲大环与铀酰节点配位连接的新型锕系聚轮烷化合物的合成，并首次在此聚轮烷体系中观察到自由客体单元的微观结构动态，为构建具有金属-有机配位聚轮烷型固态分子机器和传感材料提供了新的思路。

论文信息：

Temperature-triggered Structural Dynamics of Non-coordinating Guest Moieties in a Fluorescent Actinide Polyrotaxane Framework.

Dr. Fei-ze Li, Jun-shan Geng, Dr. Kong-qiu Hu, Li-wen Zeng, Jing-yang Wang, Xiang-he Kong, Prof. Ning Liu, Prof. Zhi-fang Chai, Dr. Lei Mei and Prof. Wei-qun Shi.

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202100614