水分子六聚体与T4(0)a(0)无限水带在Cu(II)超分子二聚体三维结构中的协同封装：实验与理论研究的突破

本研究针对水簇结构在生物体系中的关键作用，通过合成新型水合Cu(II)超分子二聚体[Cu2(Phen)4(Phth)2]?14H2O，首次实现离散水六聚体与一维T4(0)A(0)水带的同步封装。团队综合运用单晶X射线衍射、Hirshfeld表面分析和DFT计算，揭示π-π堆叠与C?H?O相互作用构建的3D通道结构，其对接实验显示对乙酰胆碱酯酶(AChE)和丁酰胆碱酯酶(BChE)具有显著抑制活性(-9.5/-12.4 kcal/mol)，为阿尔茨海默病治疗提供新型金属基抑制剂设计范式。

　　

水，这个看似简单的分子，却在生命体系中扮演着极其复杂的角色。从维持细胞结构到参与生物分子识别，水分子通过氢键形成的特殊簇结构（water clusters）是实现这些功能的关键。然而，科学家们至今仍在探索这些神秘的水分子组装体如何在有限空间内有序排列，以及它们如何影响宿主材料的性能。特别是在神经退行性疾病如阿尔茨海默病(AD)研究中，水分子介导的蛋白质错误折叠过程与疾病进展密切相关，这使得水簇结构研究具有重要的医学意义。

King Saud University的研究团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表了一项突破性研究。他们设计合成了一种新型水合铜(II)超分子二聚体[Cu₂(Phen)₄(Phth)₂]?14H₂O（其中Phen=1,10-邻菲啰啉，Phth=邻苯二甲酸），首次在单一晶体结构中同时封装了离散水六聚体和一维T4(0)A(0)型无限水带。这项研究不仅为理解水分子在受限空间的自组装行为提供了理想模型，更通过抑制胆碱酯酶的实验验证了其潜在的医学应用价值。

研究人员主要采用四种关键技术：单晶X射线衍射解析晶体结构、Hirshfeld表面(HS)分析量化分子间作用力、密度泛函理论(DFT)计算模拟电子结构特性，以及分子对接评估与AChE/BChE的结合能力。

【晶体结构】
X射线衍射显示该配合物通过π-π堆叠形成层状结构，继而通过C?H?O作用垂直组装成3D框架。结构中14个结晶水分子中有11个参与构建了三种水簇：六聚体环、一维水带和游离水分子，其中T4(0)A(0)水带具有罕见的四分子重复单元。

【理论分析】
DFT计算揭示配体表面存在显著静电势差异区域，量子理论原子在分子中(QTAIM)分析证实C?H?O键的关键稳定作用。非共价相互作用(NCI)指数显示水簇与主体框架间存在多重氢键网络。

【生物活性】
分子对接显示该配合物与AChE/BChE活性口袋形成强相互作用，结合能分别达-9.5和-12.4 kcal/mol，优于许多已知抑制剂，这归因于铜中心与水簇协同产生的极性作用位点。

这项研究的意义在于：首次在金属有机框架中实现高阶水簇的精确控制封装，为理解生物体系中的质子传递机制提供了化学模型；提出的"金属中心-水簇协同"抑制策略，为开发新型抗AD药物开辟了新途径。特别是结构中T4(0)A(0)水带的发现，填补了从离散水簇到体相水研究的中间空白。研究人员Swah Mohd. Nashre-ul-Islam强调，这种将基础配位化学与生物医学应用相结合的研究范式，未来可扩展至其他神经退行性疾病治疗领域。