华东师范大学化学与分子工程学院李大为教授最近在分子拓扑方面取得了突破性进展。据中国钨在线报道，研究成果离不开过渡金属元素和镧系元素的使用。研究人员已经成功地从一条分子链上产生了多种分子结，为构建复杂的分子结提供了策略，促进了分子拓扑的发展。相关研究成果发表在国际著名学术期刊《自然》上。

△单链构建不同的单分子拓扑结构

作为分子拓扑学的创始人和开拓者，李大为教授在纳米结构分子结的构建及其性质和功能的探索方面做出了突出贡献。在以前的研究中，李大为教授的团队已经报道了许多使用不同金属模板构建不同复杂性的单分子结的策略，但仍然缺乏使用一个分子链制作多个结的策略。这就是李大为教授的研究成果不同于以往研究的地方。

受伴侣诱导蛋白质折叠的启发，李大为教授的团队在前人工作的基础上，以过渡金属离子和镧系金属离子为正交模板，通过分子链上的点手性诱导，构建了具有单一拓扑手性的分子结52。此外，研究人员还利用这一分子链选择性合成了大环01和三叶形纽结31两种拓扑异构体。

研究人员发现，分子结的拓扑结构会影响分子链的化学性质:更紧密的52结可以同时结合两种不同的金属离子，而更松散的31异构体只能结合一种铜离子或一种镥离子。

△分子结52的合成图

分子结52的合成通过四个步骤制备。首先，配体L1与铜配位，有效地形成两种金属配合物。其次，由于配体中手性的诱导，λ Cu配合物只有一种构型能与三价镥离子形成开链分子52结；第三，通过烯烃复分解锁定开链结构以获得金属分子52的连接；第四，去除两种金属离子，制备有机分子52结。

此外，分子链L1还可以通过大环化形成分子结01，或者通过使用镧系金属离子形成分子三叶形结31。质谱证实三种拓扑异构体的分子量相同，CD谱显示三种拓扑异构体之间只有轻微差异，说明在没有金属离子存在的情况下，三种拓扑异构体之间没有优势构象。然而，这三种拓扑异构体在核磁共振DOSY谱中表现出不同的扩散常数，从而从侧面证实了分子52结的结构。

△无金属拓扑异构体的合成与表征

同时，由于结构中存在正交的金属配位位置，可以通过在形成的31-结结构中加入不同的金属模板来实现结结构的移动，从原来的Cu位置转移到Lu位置。这是首次在单分子连接结构中实现节点的运动，为后续研究蛋白质连接结构的运动提供了可行的方案。

△分子31结内部节点的运动行为

本工作通过单分子链构建不同的分子结结构，在分子水平上模拟伴侣蛋白诱导的蛋白质折叠过程。而且，这种DNA和蛋白质分子中的52-结是实验室首次制备的，填补了分子结周期表中的一个重要环节，对研究打结的DNA和蛋白质的结构和功能具有重要的指导意义。

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