过去几十年间，科学家们通过模仿自然界中的组装现象，成功构筑了许多精美的超分子结构。但是，超分子结构的多路径合成研究却相对滞后。多路径合成，旨在通过精心设计和控制反应路径，指导特定产物或结构的合成，其优势在于当某一合成路径受阻时，可以通过其他路线确保目标产物的制备。然而，中间体稳定性不足，且难以相互转换等问题导致多路径合成的研究极具挑战。

近期，吉林大学王明教授的研究团队提出了“内外位阻协同”策略，基于此策略设计并合成了外位阻修饰的L^A配体和内位阻修饰的L^B配体，通过对组装条件的精细调控，可以成功实现两个多组分超分子笼的多路径精准合成，其中分子笼Pd₂L^A₃L^B可以通过10条不同路径合成，而分子笼trans-Pd₂L^A₂L^B₂可通过16条路径获得。这种多路径可控的组装特性，在分子层面实现了类似乐高积木的模块化设计。

配体L^A外侧带有甲基取代基，作者通过精确调控组装条件，可选择性形成环形（Ring-Pd₂L^A₂）、碗形（Bowl-Pd₂L^A₃）或笼形（Cage-Pd₂L^A₄）三种基础结构。借助DFT计算，作者揭示了LA选择性形成三种不同结构的驱动力源自甲基所提供的适中空间位阻效应。与此同时，这三种结构在特定条件下能实现相互转换，这极大丰富了分子笼合成的路径数。

配体L^B的内部修饰了大位阻基元，因此其自身无法组装，倾向于与配体L^A共组装。当L^B分别与Ring-Pd₂L^A₂和Bowl-Pd₂L^A₃共组装时，成功构筑了多组分笼Pd₂L^A₃L^B和trans-Pd₂L^A₂L^B₂，作者通过核磁共振、质谱和晶体学分析，对分子笼Pd₂L^A₃L^B和trans-Pd₂L^A₂L^B₂的结构进行了详细的表征。

为了验证内外位阻协同作用的必要性，作者考察了只有一种位阻存在情况下的组装情况，用未修饰取代基的配体L^C，分别与L^A和L^B共组装。质谱显示共组装产物均为统计混合物，完全不同于内外位阻协同作用下展现出的优异选择性。这一发现有力地证明了内外位阻协同策略在实现精确结构选择性组装中的必要性。

该工作中所提出的“内外位阻协同”策略不仅实现了超分子笼的多路径合成，更重要的是为多组分笼的可控构筑提供了一种新方法，为未来进一步探索复杂的自组装系统及其应用奠定了基础。

Pathway Engineering in Pd-Based Supramolecular Cage Synthesis via Inner-Outer Steric Synergy

Ziteng Guo, Hao Yu, Junjuan Shi, Ningxu Han, Prof. Guanglu Wu, Prof. Houyu Zhang, Prof. Bingling Li, Prof. Ming Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202425369