背景介绍
机械互锁结构广泛存于多尺度的物质体系中。而在纳米尺度下，机械互锁分子（mechanically interlocked molecules, MIMs）主要是由分子组件通过机械键而形成的具有特定空间缠结的互锁结构。MIMs不仅因其独特的互锁结构成为合成化学重要的研究对象，而且其结构所带来的动态特性使其在人工分子机器与刺激响应功能材料等领域发挥关键作用。MIMs的精准合成一直是超分子化学的核心内容之一。从低产率的概率穿环策略开始，模板导向策略已发展成为MIMs的主要合成方法。环形组分作为MIMs中的核心基元，在MIMs的设计合成与功能性质的研究中至关重要。目前MIMs大部分是由富sp3碳或者杂原子的非共轭的大环组成。相比而言，具有刚性分子骨架的径向共轭大环（radially conjugated macrocycles，RCMs）展现出独特的光电性质和超分子化学性质。因此由RCMs构筑的MIMs不仅丰富MIMs的结构多样性，拓展了MIMs的物质研究边界，而且为MIMs的新兴的功能性质研究提供了优势平台，是极具吸引力的合成目标。然而由于该类互锁结构在精准形成机械键的同时，需要克服较大的分子张力，其合成是相当具有挑战性的。随着RCMs合成方法学的发展，结合模板导向策略，RCMs与MIMs两个研究领域开始相交汇。自2018年首次成功合成RCMs构筑的MIMs以来，该领域研究近几年实现了跨越式发展。
成果简介
本综述聚焦RCMs构筑的MIMs体系，基于拓扑结构分类（包括索烃、轮烷和分子结）系统总结了其创新性的结构设计与合成方法的前沿研究进展。该领域早期研究主要聚焦解决具有高张力特征的互锁结构可控合成难题，而近年来已建立多样化的合成策略来提高此类分子的合成效率。当前的合成进展不仅扩展了经典模板（如配位模板与主客体模板）的应用范围，更创新性地引入硅杂螺芴模板、偶氮苯模板等新方法，实现了全苯互锁结构的突破性构筑。此外，本文梳理了目前RCMs构筑的MIMs已报道的功能性质，为后续互锁体系的新颖性质的挖掘与结构设计提供了重要指导，并对该领域的未来发展方向进行了前瞻性展望。该领域正处于快速发展阶段，其未来研究不仅将催生新的合成方法、结构基元与功能的发现，更将推动其在超分子化学、分子拓扑学、分子机器及智能光电材料等领域的广泛应用。
作者简介
丛欢，中国科学院理化技术研究所研究员。2002年至2015年曾先后于北京大学、美国波士顿大学、麻省理工学院、加州理工学院求学或进行博士后工作，分别师从席振峰院士、John A. Porco教授、Gregory C. Fu教授。2015年起在中国科学院理化技术研究所超分子光化学研究中心工作，任研究员/博导。主要从事刚性多环超分子的合成与性质研究，发展了多种合成刚性共轭多环结构的新方法，精准构建了一系列串联、并联和互锁的多环超分子拓扑结构，发掘了其优于相应单独大环分子的特色性质。获国家青年人才项目资助（2015），获国家优秀青年科学基金资助（2019），获中国科学院引进人才终期评估优秀（2019）、获得中国科学院朱李月华优秀教师奖（2023）等荣誉。
卜岸，中国科学院理化技术研究所2020级博士研究生。攻读博士研究期间从事全苯互锁超分子的研究，首次将偶氮苯作为可无痕移除的模板单元，为全苯互锁超分子的合成提供了通用方法。相关成果以第一作者（含共同一作）发表在Angew. Chem. Int. Ed.和Nano Res.期刊。并被Synfacts期刊，Supramolecular Chemistry期刊，中国科学院之声等学术媒体撰文报道。在理化所学习期间曾获司徒塔特科学基金奖学金、博士研究生国家奖学金、中国科学院大学三好学生标兵等荣誉。
网站：https://www.x-mol.com/groups/huan_cong
文章信息
Bu A, Cong H. Mechanically interlocked molecules consisting of radially conjugated macrocycles. Nano Research, 2025, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907549.
识别二维码或点击左下角“阅读原文”可访问全文
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自SciOpen TUP科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3563286-1488590.html?mobile=1
收藏
