Nat. Chem.:科学家用分子链条打出五叶结

关键词:Nat. Chem.,科学家,分子

用绳子打结是大家都会的事情,还可以玩出各种花样,但是用微小的分子链条来打结可不是一件容易的事。英国研究人员最近在分子尺度上打出了迄今最复杂的人工纽结,这是一个漂亮的“五叶结”。

英国爱丁堡大学等机构的研究人员在新一期《自然—化学》杂志上报告说,他们用一些经过变化的醛类和胺类分子组成的链条,生成了一个与5片花瓣的梅花相似的结构,这种结构被称为“五叶结”。这是迄今人工完成的最复杂的“分子结”,以前研究人员只在分子尺度上打出过像三个环套在一起那样的“三叶结”。

值得一提的是,本次研究中用来打结的“绳子”,也就是由分子组成的链条,只有160个原子长,长度为16纳米(1纳米为百万分之一毫米),而粗细程度只有头发丝的8万分之一。这样的“绳子”难以手工编织,是通过化学反应让它们自发形成“五叶结”的。

分子结构上的纽结对于科研有重要意义,比如说橡胶的弹性就大部分来源于其分子结构的纽结和纠缠,通过研究分子纽结,有助于更好地理解相关物质的特性,还有助研发新型材料。(生物谷 Bioon.com)

A synthetic molecular pentafoil knot

Jean-François Ayme,1 Jonathon E. Beves,1 David A. Leigh,1 Roy T. McBurney,1 Kari Rissanen2 & David Schultz1

Knots are being discovered with increasing frequency in both biological and synthetic macromolecules and have been fundamental topological targets for chemical synthesis for the past two decades. Here, we report on the synthesis of the most complex non-DNA molecular knot prepared to date: the self-assembly of five bis-aldehyde and five bis-amine building blocks about five metal cations and one chloride anion to form a 160-atom-loop molecular pentafoil knot (five crossing points). The structure and topology of the knot is established by NMR spectroscopy, mass spectrometry and X-ray crystallography, revealing a symmetrical closed-loop double helicate with the chloride anion held at the centre of the pentafoil knot by ten CH···Cl– hydrogen bonds. The one-pot self-assembly reaction features an exceptional number of different design elements—some well precedented and others less well known within the context of directing the formation of (supra)molecular species. We anticipate that the strategies and tactics used here can be applied to the rational synthesis of other higher-order interlocked molecular architectures.

(责任编辑:lijia)

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