机械联锁分子结构

机械联锁分子结构(MIMA)是由于其拓扑结构而连接的分子。分子的这种连接类似于钥匙链环上的钥匙。钥匙不直接连接到钥匙串循环，但它们不能在不破坏循环的情况下分离。在分子水平上，如果不破坏构成连接分子的共价键，就不能分离互锁的分子，这称为机械键。机械互锁的分子结构的例子包括链烷、轮烷、分子结和分子Borromean环。BernardL.Feringa、Jean-PierreSauvage和J.FraserStoddart在该领域的工作获得了2016年诺贝尔化学奖。通过将超分子化学与传统的共价合成相结合，这种纠缠结构的合成变得有效，但是机械互锁的分子结构具有不同于超分子组装体和共价键合分子的性质。术语机械键已被创造来描述机械互锁分子结构的组件之间的连接。尽管对机械联锁分子结构的研究主要集中在人工化合物上，但在生物系统中发现了许多例子，包括：胱氨酸结、环肽或套索肽，例如作为蛋白质的小菌素J25，以及各种肽。

实验上，机械互锁分子结构的xxx个例子出现在1960年代，其中链烷由Wasserman和Schill合成，轮烷由Harrison和Harrison合成。当Sauvage率先使用模板方法进行合成时，MIMA的化学就成熟了。在1990年代初期，MIMA的实用性甚至存在受到了挑战。X射线晶体学家和结构化学家大卫威廉姆斯解决了后一个问题。1996年，DavidWilliams进行的固态结构分析证实了两位博士后研究人员挑战了生产[5]链烷(olympiadane)的挑战，突破了可以合成的MIMA复杂性的界限，他们的成功得到了证实。

机械键的引入改变了轮烷和链烷的子组分的化学性质。反应官能团的空间位阻增加并且组分之间的非共价相互作用的强度被改变。

与非机械键合的类似物相比，机械联锁的分子结构中非共价相互作用的强度增加。与非机械键合的类似物相比，需要更苛刻的条件从链烷中去除金属模板离子证明了这种增加的强度。这种效应称为链效应。这种非共价相互作用强度的增加归因于机械键形成时自由度的丧失。与自由度变化较低的较大机械互锁系统相比，非共价相互作用强度的增加在较小的互锁系统上更为明显，在这些系统中失去了更多的自由度。所以，

机械键会降低产物的动力学反应性，这归因于空间位阻的增加。由于这种效应，烯烃在轮烷的螺纹上的氢化比等效的非互锁螺纹要慢得多。这种效应允许分离其他反应性中间体。在不改变共价结构的情况下改变反应性的能力导致MIMA被研究用于许多技术应用。

机械结合降低反应性并因此防止不需要的反应的能力已在许多领域得到利用。最早的应用之一是保护有机染料免受环境退化。

• 奥林匹丹
• 轮烷类
• 链条
• 分子结
• 分子波罗梅环