Allosterically Controlled Capture of Mutually Repulsive Guests With Positive Cooperativity and Ultrahigh Affinity

化学 变构调节 亲缘关系 合作性 分子内力 氢键 卤化物 结合位点 合作约束 立体化学 结晶学 碳阳离子 结合亲和力 离子 组合化学 计算化学 结合能 静电 笼子 离子键合 静电学 装订袋 血浆蛋白结合 二价
作者
Yuxi Wei,Chen Zhao,Yitao Liu,Tinglong Feng,Songna Zhang,Junjie Ji,Guangcheng Wu,Shengyang Huang,Tayba Chudhary,Jiyong Liu,Linjun Wang,Xufeng Lin,Peng‐Fei Cui,Jonathan L. Sessler,Hao Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e9333885-e9333885
标识
DOI:10.1002/anie.9333885
摘要

ABSTRACT A hexacationic cage incorporating three urea units can encapsulate two mutually repulsive anions in close proximity through a combination of hydrogen bonding and electrostatic interactions. This leads to exceptionally high binding affinities, with a K 1 × K 2 value of approximately 10 20 M ‒2 in MeCN‐ d 3 , for pairs of Cl ‒ or F ‒ anions. In its unbound state, the cage adopts a collapsed conformation stabilized by intramolecular interactions. These interactions are disrupted upon binding of the first anion guest, inducing an unfolded conformation that facilitates the binding of the second guest. Consequently, despite repulsion, the second Cl ‒ anion binds more strongly than the first by three orders of magnitude. This work presents a straightforward strategy for mimicking biological allosteric regulation and offers insights into the underlying physicochemical principles. The strong halide binding enables several applications. The cage can extract F ‒ from CaF 2 , suggesting a route to utilize fluorine from fluorspar for fluorochemical synthesis that bypasses the generation of hazardous HF. Furthermore, the cage can extract Cl ‒ or Br ‒ anions from organic halides, thereby stabilizing the corresponding carbocations and accelerating reactions involving these intermediates. In addition, the high affinity of the cage for halide anions released from fire suppressants provides for corrosion resistance.
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