Carborane-Cluster-Wrapped Copper Cluster with Cyclodextrin-like Cavities for Chiral Recognition

化学 碳硼烷 手性(物理) 圆二色性 对映体 星团(航天器) 分子识别 三肽 立体化学 同手性 非共价相互作用 氨基酸 结晶学 分子 有机化学 手征对称破缺 氢键 物理 量子力学 生物化学 计算机科学 程序设计语言 Nambu–Jona Lasinio模型 夸克
作者
Jia‐Hong Huang,Yajie Liu,Yubing Si,Yao Cui,Xi‐Yan Dong,Shuang‐Quan Zang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (24): 16729-16736 被引量:28
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04294
摘要

Chiral atomically precise metal clusters, known for their remarkable chiroptical properties, hold great potential for applications in chirality recognition. However, advancements in this field have been constrained by the limited exploration of host-guest chemistry, involving metal clusters. This study reports the synthesis of a chiral Cu16(C2B10H10S2)8 (denoted as Cu16@CB8, where C2B10H12S2H2 = 9,12-(HS)2-1,2-closo-carborane) cluster by an achiral carboranylthiolate ligand. The chiral R-/S-Cu16@CB8 cluster features chiral cavities reminiscent of cyclodextrins, which are surrounded by carborane clusters, yet they crystallize in a racemate. These cyclodextrin-like cavities demonstrated the specific recognition of amino acids, as indicated by the responsive output of circular dichroism and circularly polarized luminescence signals of Cu16 moieties of the Cu16@CB8 cluster. Notably, a quantitative chiroptical analysis of amino acids in a short time and a concomitant deracemization of Cu16@CB8 were achieved. Density functional tight-binding molecular dynamics simulation and noncovalent interaction analysis further unraveled the great importance of the cavities and binding sites for chiral recognition. Dipeptide, tripeptide, and polypeptide containing the corresponding amino acids (Cys, Arg, or His residues) display the same chiral recognition, showing the generality of this approach. The functional synergy of dual clusters, comprising carborane and metal clusters, is for the first time demonstrated in the Cu16@CB8 cluster, resulting in the valuable quantification of the enantiomeric excess (ee) value of amino acids. This work opens a new avenue for chirality sensors based on chiral metal clusters with unique chiroptical properties and inspires the development of carborane clusters in host-guest chemistry.
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