近日，厦门大学药学院吴欣教授团队在仿生阴离子识别领域取得重要进展，成功设计并合成一类新型电中性阴离子受体。该受体在水相中展现出极强的阴离子结合能力，结合常数达10⁵–10⁶ M⁻¹量级，为生物分子识别与工业废水处理等领域的应用提供了新的潜在解决方案，具有重要的科学意义与应用前景。相关成果以“Chasing nature's anion binders”为题发表于Chem期刊。

水溶液环境中，溶质分子间氢键的形成需要与大量水分子竞争，因此学界普遍认为氢键难以驱动有效的分子识别。在水相主客体体系中，氢键作用往往需要借助离子对作用或疏水效应等辅助才能实现高效结合。然而自然界中，鼠伤寒沙门氏菌（S. typhimurium）等细菌的硫酸根结合蛋白仅依靠中性氢键作用即可实现（亚）微摩尔级的高亲和力，这一天然高效结合机制，长期未能在人工合成体系中得以实现。

在前期工作中，研究团队设计了电中性脲基分子笼1（Nat. Chem.2024, 16, 33），首次证实在无疏水微环境辅助的情况下，依赖多重氢键可实现水相中的阴离子识别，但该分子笼的硫酸根亲和力（66 M⁻1）与硫酸根结合蛋白存在较大的差距。基于此，本研究构建了预组织程度更高的脲基分子笼2和分子笼3。其中高对称性的分子笼3与氯离子、硫酸根等阴离子形成了近似正二十面体的12重氢键配位模式，实现了与阴离子在几何上的完美匹配。分子笼3与铬酸根、硫酸根和氯离子在水中的结合常数达到10⁵–10⁶ M⁻¹量级，接近甚至超过天然阴离子结合蛋白的水平。

本研究进一步拓展了分子笼在阴离子分离和净水等方面的应用。通过将疏水硫脲分子笼与商业离子液体Aliquat 336简单复配，成功构建了基于分子笼的离子液体材料。该材料能够快速、高效、选择性地去除水中的铬酸根和硫酸根阴离子，且可在自来水、模拟的制革废水和强碱性的模拟核废液等复杂体系中有效发挥阴离子去除功能，展现出良好的工程应用潜力。本研究首次证实，通过精确的分子预组织设计，即使在水环境中且缺乏疏水屏蔽的条件下，仅依靠中性氢键作用，亦可实现对强水化阴离子的高亲和力识别。该研究成果为生物分子识别、工业废水处理等相关领域的应用研究开辟了全新的思路。

药学院博士研究生李君荭为本文的第一作者，吴欣教授为通讯作者。帝国理工学院本科生吕文睿参与了部分合成测试工作；昆士兰大学Martin Stroet博士、Evelyne Deplazes高级讲师承担理论计算研究，Vivian Shang博士与Jack K. Clegg教授完成部分晶体结构的测定与解析工作。本研究同时得到江云宝教授、严小胜副教授、陈俊杰工程师和冯柳宾工程师的支持与帮助。

论文链接：https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294%2826%2900102-6

（药学院）