机械互锁结构分子
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机械互锁结构分子（英語：Mechanically interlocked molecular architectures，MIMAs）是超分子化学中一个重要的概念[1]，在拓扑学领域颇有意义[2]。机械互锁结构分子由许多环状分子嵌套而成，这些环状分子之间的连接并非传统的共价键，而是机械键[3]。有别于一般的有机物，这类分子属于一种新型拓扑结构分子[1][3]。在纳米技术、有机合成等领域，这种分子都有极大用武之地，它是制造分子机器的基础[2]，例如其制造出的分子马达能够模仿生物体的一些功能[3]。
定义
机械互锁结构分子指一类结构独特的超分子，其多个组分之间由机械键而非共价键相连[3][2]。只有某个组分内部的共价键断裂时，整个结构才会解离[2]。
分类
准轮烷与轮烷
准轮烷不属于机械互锁结构分子，它指的是一类络合物，其中线状分子作为客体穿过主体，其间通过分子间作用力连接[1]。准轮烷是合成多种机械互锁结构分子的前体，故其稳定程度会影响此合成的产率[1]。
轮烷的结构如左图所示，其中一个环状分子作为“轮”，一个线状分子作为“轴”，后者两个端基体积大于前者内径，从而两者无法脱离[1][2]。
索烃
分子结
Borromean链环分子
合成
模版合成法是合成机械互锁结构分子最有效的方法之一[1][2]。其中金属配位键则是一种常用的模版作用[2]。
1981年，Ogino最先合成出了含金属配位键的轮烷[2]，其具体方法是将氯化二氯二乙二胺合钴(III)与穿过α-环糊精的二胺分子配位，最终产率为19%，在当时属于极高的产率。[4]
应用
机械互锁结构分子有外加能量（如化学能、电能、光能等）时可以在两种状态之间转换（分别代表二进制下的0与1），这一特性可用于制造分子机器[5]。
参见
参考文献
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 周其忠; 何春林; 翟春熙; 黄飞鹤. 机械互锁结构分子的模板合成. 化学通报. 2008, 71 (11): 809–815.
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 叶杨; 林喆萍; 金雯露; 王淑萍; 吴静; 李世军. 金属配位与主客体识别协同组装构筑机械互锁结构. 化学进展. 2015, 27 (6): 763–774 [2017-03-02]. doi:10.7536/PC150228.[永久失效連結]
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 王小龙. 科学家合成三个分子组成的互锁分子. 科技日报. 2014-04-17 [2017-02-24].
- ^ Hiroshi Ogino. Relatively High-Yield Syntheses of Rotaxanes. Syntheses and Properties of Compounds Consisting of Cyclodextrins Threaded by α,ω-Diaminoalkanes Coordinated to Cobalt(III) Complexes. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103 (5): 1303–1304 [2017-03-03]. doi:10.1021/ja00395a091.
- ^ Vincenzo Balzani; Marcos Gómez-López; J. Fraser Stoddart. Molecular Machines. Acc. Chem. Res. 1998, 31 (7): 405–414 [2017-03-03]. doi:10.1021/ar970340y.