Fullerene-Functionalized Halogen-Bonding Heteroditopic Hosts for Ion-Pair Recognition

化学 富勒烯 卤键 极化率 超分子化学 冠醚 部分 分子识别 选择性 卤化物 主客化学 组合化学 卤素 离子 分子 立体化学 烷基 有机化学 催化作用
作者
Krzysztof M. Bąk,Igor Marques,Heike Kuhn,Kirsten E. Christensen,Vı́tor Félix,Paul D. Beer
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (50): 27367-27379 被引量:5
标识
DOI:10.1021/jacs.3c07774
摘要

Despite their hydrophobic surfaces with localized π-holes and rigid well-defined architectures providing a scaffold for preorganizing binding motifs, fullerenes remain unexplored as potential supramolecular host platforms for the recognition of anions. Herein, we present the first example of the rational design, synthesis, and unique recognition properties of novel fullerene-functionalized halogen-bonding (XB) heteroditopic ion-pair receptors containing cation and anion binding domains spatially separated by C60. Fullerene spatial separation of the XB donors and the crown ether complexed potassium cation resulted in a rare example of an artificial receptor containing two anion binding sites with opposing preferences for hard and soft halides. Importantly, the incorporation of the C60 motif into the heteroditopic receptor structure has a significant effect on the halide binding selectivity, which is further amplified upon K+ cation binding. The potassium cation complexed fullerene-based receptors exhibit enhanced selectivity for the soft polarizable iodide ion which is assisted by the C60 scaffold preorganizing the potent XB-based binding domains, anion-π interactions, and the exceptional polarizability of the fullerene moiety, as evidenced from DFT calculations. These observations serve to highlight the unique properties of fullerene surfaces for proximal charged guest binding with potential applications in construction of selective molecular sensors and modulating the properties of solar cell devices.

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