近日，上海大学理学院化学系雷川虎授在国际著名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为《Diphenylacetylene-Incorporating Octaphyrin: A Rigid Macrocycle with Readily Separable Conformational Isomers》的研究成果。博士生韩普忍为第一作者，论文的主要作者还包括乔纳森·塞斯乐院士等。上海大学为第一完成单位和唯一通讯单位。
构象效应在化学、材料科学和生命体系中扮演着至关重要的角色。例如，蛋白质与配体结合时产生的变构效应显著影响信号传导和生化过程；在材料化学领域，构象效应被广泛应用于智能分子开关和动态药物递送系统等。为了深入理解复杂体系中的构象效应机制并拓展其应用领域，精准合成具有明确构象结构的新型分子体系为此提供了重要契机。扩展卟啉因其灵活的构象和丰富的立体化学特征，成为研究构象效应的理想平台。然而，传统扩展卟啉的构象异构体通常处于快速的动态平衡状态，如何发展具有不可逆异构体转换的扩展卟啉体系，实现不同构象异构体的分离，并精确研究其特定性能，仍然是一个具有挑战性的难题。
为了解决上述问题，雷川虎教授团队在扩展卟啉大环中引入“刚性”二苯乙炔单元，成功构建出一种不同于传统柔性扩展卟啉的新型八元扩展卟啉衍生物。这一创新设计显著提升了大环的构象稳定性，实现了两种构象异构体（1A和1B）的分离。核磁及X-射线单晶衍射研究表明，无论在固态还是溶液中，异构体1A和1B均展现出截然不同的构象特征：1A呈现扭曲的“8”字形结构，而1B则表现为褶皱的平面构型。质子化后，1A转变为半扭曲的莫比乌斯带（1A·2MSA），而1B则经历两个吡咯单元的翻转，呈现出开放的菱形结构（1B·2MSA）。
该八元扩展卟啉的构象效应独特之处在于，在高温（>120 oC）条件下，异构体1B能够不可逆地转化为1A；质子化后的构象转变同样具有不可逆性，但转变温度显著降低，且反应方向由1A·2MSA转化为1B·2MSA。上述构象转化伴随着吸收光谱和溶液颜色的显著变化。基于这一特性，作者进一步开发了热致变色薄膜，用作高温蒸汽灭菌的指示剂。该工作不仅丰富了扩展卟啉化学的研究内容，也为开发新型功能材料提供了新思路。
上述工作得到了国家自然科学基金项目（22171179、21901155），启明星计划（20QA1403700）和东方学者计划的资助。理学院化学系和上海大学高性能计算中心提供了大力支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202413962