主题：纳米尺度“双城记” —分子泵和复制子

报告人：冯元宁 助理教授，美国俄克拉荷马大学化学与生物化学系

时间：2024年6月6日（周四）15:00

地点：霞光楼220会议室

邀请人：颜徐州 研究员

个人简介

冯元宁，美国俄克拉荷马大学化学与生物化学系助理教授，博士生导师。2012年保送进入清华大学化学生物学基础科学班，期间先后师从王梅祥院士和张希院士，学习研究有机合成与超分子自组装。他曾受清华学堂人才培养计划资助，在美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan Sessler教授课题组中担任访问本科生助研。2016年毕业获化学生物学学士学位，同年加入美国西北大学诺贝尔奖得主Fraser Stoddart教授的团队，研究人造分子机器，后于2021年获得博士学位，并留组任职博士后研究员两年。博士期间，他曾与英国圣安德鲁斯大学Douglas Philp教授一起工作，研究了利用系统化学方法合成超分子聚合物；他还曾在澳大利亚新南威尔士大学担任访问学者。2023年起，元宁在俄克拉荷马大学化学与生物化学系担任助理教授，开始了独立研究生涯。他在高影响力期刊上发表了39篇文章，其中2篇《科学》，2篇《自然》，18篇《美国化学会志》。他已在多个会议和研讨会上发表过55次演讲，曾获化学文摘社未来领袖百强、国际纳米技术研究所杰出研究员奖、中国政府优秀自费留学生奖、远见研究所杰出学生奖等奖项。目前他还在担任美国化学会俄克拉荷马地区分会2024届当选主席，美国化学会《精准化学》青年编委。

报告摘要

世界上最微小的故事发生在纳米尺度，故事的主角是一些奇妙的分子，通过有机化学的合成和分子工程学的控制，它们会根据剧本演绎不同的故事。第一个故事来自分子双泵，它由两个以头尾相连的独立泵单元首位相接构成。它可由化学物质或电力驱动，精细调节各零件之间的非共价弱相互作用。双泵可以利用能量棘轮机制从一端捕获环，使其远离化学平衡态，生成高能量的轮烷中间体，最后在控制下将其释放回溶液中。这种分子运输平台能够对纳米级的货物进行摄取和释放，合成无法靠传统物理和化学过程无法实现的化合物，并可拓展到利用机械键高效的吸附脱附特定分子。第二个故事来自分子复制子，它可以催化自身的合成。这种独特的合成方式借鉴学习了DNA双链的模板复制，通过氢键引导合成，这种智能分子可以自催化和自复制。1,3-偶极环加成反应在自催化驱动下，展现出其独特的反应动力学和高立体选择性，并通过光谱分析得到了验证。通过将自催化与高分子聚合相结合，可以原位创建了双功能单体，然后交联直接形成超分子聚合物。这项研究结合了分子合成、超分子识别和高分子聚合，可以通过动态共价化学高选择性的合成有某种特性的材料。由于产物的高立体选择性不需要手性催化剂引导，仅靠非手性分子的识别自组装促进，因此提供了未来立体催化的一种新策略，并能辅助探寻生命分子中同手性的起源。