近日，理学院超分子化学与催化研究中心于洋教授研究团队以“Water and the Cation-π Interaction”为题在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）上发表研究性论文。该论文的第一作者是朱玉洁博士，上海大学理学院为第一作者单位和通讯作者单位。
阳离子-π作用和疏水作用是化学中重要的分子间作用力，对生命体系中的分子识别特性起着重要调控作用。阳离子-π作用和疏水作用的相对强弱问题是超分子化学的一个研究热点。目前，已有的研究大都通过比较富电子的体系与三甲基铵或其等排体叔丁基形成络合物的吉布斯自由能来比较两者间的强弱（左图）。相关报道指出在非质子性溶剂中阳离子-π作用较强，而在质子性溶剂中疏水作用较强。然而，与生命体息息相关的水介质中，疏水作用因非极性表面的去溶剂化使得体系较为复杂，因而水相中有关两者间的比较鲜有报道。
针对这一问题，该研究团队设计了具有富电子芳香壁的功能化超分子杯和两端各带三甲基铵和叔丁基的哑铃型客体分子，通过分子内的竞争性实验，直接比较了水相中阳离子-π作用和疏水去溶剂化作用的相对强弱（右图）。与已有的报道不同，该体系中功能化超分子杯主体更倾向于结合中性的叔丁基，而不是带正电荷的三甲基铵。这表明极性三甲基铵与水分子间的溶剂化作用要强于正电荷与具有π电子的芳香壁间的静电吸引作用。此外，该研究进一步发现可以通过主客体间的远程静电作用来实现对哑铃型分子中三甲基铵的可控识别。这一现象在生命体中蛋白质内部的残基结合中特别常见，并且很容易通过阳离子-π相互作用来解释。但该研究表明在水中，分子可控识别的主要驱动力并不是阳离子-π相互作用；相反，去溶剂化和远程电荷的静电作用占主导地位。该研究对生物分子识别过程具有重要意义。
该研究工作得到了国家自然科学基金委（No. 21801164和No.22071144）、上海市教委以及上海大学的大力支持。
理学院超分子化学与催化研究中心（https://csc.shu.edu.cn）在“超分子材料”及“化学合成与药物发现”两个方向上开展创新研究，推动了化学学科的跨越式和可持续发展。迄今，理学院超分子化学与催化研究中心在Nature Chem.、Nature Comm.、Chem.、PNAS、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.和Acc. Chem. Res等顶级化学期刊上共发表论文30余篇。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.1c06510
