轮烷

轮烷是一种机械联锁的分子结构，由穿过大环的哑铃形分子组成。该名称源自拉丁语中的轮(rota)和轴(axis)。轮烷的两个组分在动力学上被捕获，因为哑铃的末端（通常称为塞子）大于环的内径并防止组分的解离（脱开），因为这将需要显着扭曲共价键。许多关于轮烷和其他机械互锁的分子结构（如链烷）的研究都集中在它们的有效合成或用作人工分子机器上。然而，在天然存在的肽中发现了轮烷亚结构的例子，包括：胱氨酸结肽、环肽或套索肽，例如小菌素J25。

1967年最早报道的轮烷合成依赖于统计概率，即如果哑铃形分子的两半在存在大环的情况下发生反应，那么一小部分将通过环连接。为了获得合理数量的轮烷，将大环连接到固相载体上，用哑铃的两半处理70次，然后从载体上切下，得到6%的产率。然而，轮烷的合成有了显着的进步，并且可以通过利用氢键、金属配位、疏水力、共价键或库仑相互作用对组分进行预组织来获得有效的产率。合成轮烷的三种最常见的策略是封盖、剪切和滑动，尽管其他方法确实存在。最近，

通过加帽法合成强烈依赖于热力学驱动的模板效应；也就是说，线通过非共价相互作用保持在大环内，例如与环糊精大环的旋转化作用涉及利用疏水效应。然后通过使螺纹客体的末端与大基团反应，将这种动态络合物或假轮烷转化为轮烷，防止解离。

除了在这种情况下哑铃形分子是完整的并且与部分大环结合之外，剪切方法类似于加帽反应。然后部分大环在哑铃形分子周围发生闭环反应，形成轮烷。

滑动方法是利用轮烷的热力学稳定性的方法。如果哑铃的端基尺寸合适，它将能够在较高温度下可逆地穿过大环。通过冷却动态复合物，它在较低温度下被动力学捕获为轮烷。

Leigh及其同事最近开始探索一种策略，其中模板离子也可以在促进关键的最终共价键形成反应中发挥积极作用，该反应捕获联锁结构（即金属具有双重功能，作为模板）缠绕前体并催化反应物之间形成共价键）。

基于轮烷的分子机器因其在分子电子学中作为逻辑分子开关元件和分子穿梭的潜在用途而引起了人们的初步兴趣。这些分子机器通常是基于大环在哑铃上的运动。大轮车可以像轮子和轴一样围绕哑铃的轴旋转，也可以沿其轴从一个位置滑动到另一个位置。控制大环的位置允许轮烷充当分子开关，大环的每个可能位置对应于不同的状态。这些轮烷机器可以通过化学和光化学输入进行操作。基于轮烷的系统也已被证明具有分子肌肉的功能。在2009年，有报道称在GlycorotaxaneMolecularMachine中从一个肢体到另一个肢体的多米诺骨牌效应。在这种情况下，可以控制吡喃甘露糖苷塞子的4C1或1C4椅子状构象，这取决于大环的定位。2012年，Chem.报道了由双套索分子机器（也称为旋转大环）组成的独特的伪大环。科学。这些结构可以根据pH值收紧或放松。在这些新的分子机器中还观察到了可控的跳绳运动。这些结构可以根据pH值收紧或放松。在这些新的分子机器中还观察到了可控的跳绳运动。这些结构可以根据pH值收紧或放松。在这些新的分子机器中还观察到了可控的跳绳运动。

作为长效染料的潜在应用是基于哑铃形分子内部的增强稳定性。对环糊精保护的轮烷偶氮染料的研究确定了这一特性。通过防止内部方酸部分的亲核攻击，更多的反应性方酸染料也被证明具有增强的稳定性。轮烷染料的稳定性增强归因于大环的绝缘作用，它能够阻止与其他分子的相互作用。

在纳米记录应用中，某种轮烷以Langmuir-Blodgett薄膜的形式沉积在ITO涂层玻璃上。当用扫描隧道显微镜探针的尖端施加正电压时，尖端区域的轮烷环切换到哑铃的不同部分，由此产生的新构象使分子从表面伸出0.3纳米。这个高度差对于存储点来说已经足够了。目前还不知道如何擦除这种纳米记录薄膜。

可接受的命名法是在括号中指定轮烷组分的数量作为前缀。因此，由单个哑铃状轴向分子组成的轮烷，其轴周围有一个大环，称为[2]轮烷，磷酸二烷基酯中心磷酸基团周围的两个氰基星分子为[3]轮烷。