机械互锁结构分子

机械互锁结构分子（英語：，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
主条目：准轮烷和轮烷
轮烷结构示意图

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
主条目：索烃
索烃结构示意图

分子结
分子结结构示意图

Borromean链环分子
Borromean链环分子结构示意图

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. 周其忠; 何春林; 翟春熙; 黄飞鹤. . 化学通报. 2008, 71 (11): 809–815.
  2. 叶杨; 林喆萍; 金雯露; 王淑萍; 吴静; 李世军. . 化学进展. 2015, 27 (6): 763–774 [2017-03-02]. doi:10.7536/PC150228.
  3. 王小龙. . 科技日报. 2014-04-17 [2017-02-24].
  4. Hiroshi Ogino. . J. Am. Chem. Soc. 1981, 103 (5): 1303–1304 [2017-03-03]. doi:10.1021/ja00395a091.
  5. Vincenzo Balzani; Marcos Gómez-López; J. Fraser Stoddart. . Acc. Chem. Res. 1998, 31 (7): 405–414 [2017-03-03]. doi:10.1021/ar970340y.
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