1987年诺贝尔化学奖颁发给了Jean-Marie Lehn、Donald J. Cram和Charlcs J. Pedersen三位科学家，以表彰他们在超分子化学的产生及发展方面做出的杰出贡献，自此，超分子化学便进入了快速发展的时代。超分子化学是一门研究分子与分子之间通过弱相互作用缔结成为具有特定结构的化合物和功能聚集体的学科，在近30年的发展中，超分子化学逐渐与生命科学、材料科学等多个学科交叉融合，在学术研究领域引起了广泛的关注。葫芦脲（Cucurbit[n]urils, CB[n]s）作为一种刚性的主体化合物，其疏水性的空腔及电负性的羰基氧赋予其特殊的识别性质，这种性质让葫芦脲在超分子化学领域大放异彩，尤其是葫芦脲能包结多个客体分子的特性更是让其在众多领域有着广泛的应用前景。

图1. 多组分荧光传感系统对两亲化合物的检测示意图

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

近日，美国密苏里大学化学系的Timothy E. Glass教授课题组以葫芦[8]脲（CB[8]）为基础，发展出了一套可检测两亲化合物的传感器系统。对于传统的大环化合物如环糊精、葫芦脲而言，其空腔均是疏水性的，因此它们并不能用于两亲类化合物的检测。作者利用葫芦[8]脲能与两个客体形成三元配合物的特性将缺电子的联吡啶衍生物与富电子的荧光指示剂通过电子转移相互作用依次纳入葫芦脲的空腔内，由于吡啶离子的猝灭作用，荧光指示剂在葫芦脲的空腔内并没有荧光信号，而其与待检测分子形成竞争而被挤出空腔后便会发出强烈的荧光（图1）。该成果以“A Multi-Component Sensor System for Detection of Amphiphilic Compounds”为题发表于《德国应用化学》(DOI: 10.1002/anie.201807221)。

图2. a）不同受体及荧光指示剂的化学结构；

b）CB[8]、1及7-羟基香豆素的晶体结构；

c）CB[8]、1及吲哚丙酸的核磁滴定图谱

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

整个检测系统的实现需要两个关键因素，首先葫芦[8]脲能同时包结一个受体分子与一个荧光分子，其次在加入待检测分子后荧光分子会被挤出空腔。作者首先考察了受体分子，在本文中1:1的包合物可以更好地容纳腔内的荧光分子。间位取代的联吡啶衍生物2与葫芦[8]脲以2:1的结合比形成包合物，而邻位取代的联吡啶衍生物3虽然满足结合比例的要求，但是会使得整个体系从溶液中沉淀出来，只有对位取代的联吡啶衍生物1既能满足溶解度的要求也能满足结合比例的要求。接着作者考察了荧光分子，由于其需要在进入葫芦[8]脲空腔的同时荧光被猝灭，因此作者选取了一些具有代表性的富电子荧光分子，结果发现香豆素与系统的结合能力太弱，色氨酸则太强，而吲哚丙酸则刚刚好。此外，在考察荧光分子的过程中，作者除了利用核磁滴定方法对它们的结合进行了监测外，还幸运地得到了葫芦[8]脲、1及7-羟基香豆素的晶体结构（图2b），这直接证明了三元体系中存在葫芦[8]脲、受体分子及荧光分子。

图3. CB[8]·[1+吲哚丙酸]与辛基-β-吡喃葡萄糖苷的核磁滴定及荧光滴定

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

之后，作者以辛基-β-吡喃葡萄糖苷为待检测目标，通过核磁氢谱、硼谱及荧光光谱发现辛基-β-吡喃葡萄糖苷的加入确实可以将荧光分子从葫芦[8]脲的空腔内挤出，同时，整个体系的荧光会发生明显的变化，从而实现对该物质的检测（图3）。

本文亮点：利用客体竞争机理检测物质含量是一种在超分子化学领域常见的方法，但由于主体化合物的限制，这类方法在两亲化合物的检测上效果并不突出。作者创新地利用硼酸和醇的反应，不仅使得两亲分子的亲水端可以与检测系统结合，而且通过两亲分子与葫芦脲内的荧光指示剂的置换可以实现对前者的检测。

全文作者：Ming Xu, Steven P. Kelley, and Timothy E. Glass.

​