Chem：互锁轮烷体系中的E/Z异构调控分子机械运动

纳米技术

2021-08-15

分子的组成结构发生不同方式运动是实现分子机器能够工作和运转的重要方式，虽然目前人工的分子机器得到一定发展，但是目前在相同分子内安装两个或者更多运动组分仍非常困难。通过环状结构分子与哑铃型分子形成互锁结构生成轮烷（Rotaxane）型分子是个具有较高潜力和前景的体系，但是该体系目前仍未得到非常深入和广泛的研究。

有鉴于此，意大利博洛尼亚大学Massimo Baroncini、Alberto Credi等报道一种具有两种不同运动方式的轮烷分子体系，该体系能够通过在调控共价键旋转、沿着轮轴（axle）的互锁环平移，导致分子体系的总体结构发生相同变化效果。

本文要点：

（1）

作者将共价键、机械化学键同时组装在[2]轮烷分子体系内，因此设计实现分子体系复杂运动，实现了通过控制E/Z异构产生复杂的分子运动。通过分子体系内的顺-反异构作用限制共价键的旋转，从而影响互锁结构的运动。

在分子内通过改变分子连接，产生了两种不同过程但是相同运动总体效果的现象，作者观测并且表征和研究了这种过程的机理。作者对共价键（酰胺键的旋转）、机械键（环状结构的停靠）的运动情况进行表征，具体通过¹H NMR进行表征，该体系首次在实验中实现和观测在相同的立体结构单元上产生两种可选择和调控的分子运动过程。

（2）

作者发现，当改变分子体系的溶剂极性，两种不同运动过程得到完全相反的变化趋势，而且通过这种现象能够调控分子每步骤的运动速度，调节两种机理在分子异构过程中的贡献程度。

本文研究结果能够深入理解分子体系的运动方式，为发展结构复杂的人工纳米机器，特别是具有变形和传输功能的人工纳米机器提供机会。

参考文献

Stefano Corra, Christiaan de Vet, Massimo Baroncini*, Alberto Credi*, Serena Silvi,

Stereodynamics of E/Z isomerization in rotaxanes through mechanical shuttling and covalent bond rotation, Chem, 2021

DOI: 10.1016/j.chempr.2021.04.010

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929421002114