
【化】 rotaxane
annulus; ring; take turns; wheel
【醫】 wheel
alkyl
【機】 camphane; menthane
輪烷(rotaxane)是由環狀分子和線狀分子組成的超分子結構,其線狀分子兩端帶有體積較大的封端基團,阻止環狀分子脫離。該術語源自拉丁語"rota"(輪)和"axis"(軸),形象描述其機械互鎖特性。
根據國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)定義,輪烷必須滿足三個條件:①環狀組分能繞軸自由旋轉;②軸兩端具有位阻基團;③解離需共價鍵斷裂。其結構分類包含準輪烷(未封端前體)和聚輪烷(多環串聯體系)(來源:IUPAC Gold Book)。
該概念最早由諾貝爾化學獎得主Donald J. Cram在1985年實驗驗證,現已成為分子機器研究的基礎構件。2016年諾貝爾化學獎表彰的分子馬達研究即基于輪烷結構開發(來源:《Chemical Reviews》分子機器專題綜述)。
輪烷的特殊拓撲結構使其在智能材料領域展現潛力,包括:
相關術語包括索烴(catenane,環環相扣結構)和分子梭(根據刺激改變位置的輪烷亞類)。當前研究聚焦于提高組裝效率與運動可控性(來源:Nature Nanotechnology最新研究進展報告)。
輪烷(Rotaxane)是一種超分子化學中的機械互鎖結構,由環狀分子和線型分子通過非共價鍵結合形成。以下是其核心要點:
輪烷由一個或多個環狀分子(輪)套在一個啞鈴狀的線型分子(軸)上組成。線型分子兩端帶有體積較大的封端基團(如大分子基團),防止環狀分子滑出,從而形成穩定結構。其名稱源于拉丁文“roda”(輪)和“axis”(軸)。
輪烷的環狀分子與線型分子通過“力學鍵”(機械鍵)連接,而非傳統共價鍵或配位鍵。這種鍵的穩定性依賴于封端基團的位阻效應及分子間作用力。
準輪烷(Pseudorotaxane)是輪烷的前體,其線型分子兩端無封端基團,環狀分子可自由脫離或結合。準輪烷需通過化學修飾(如封端)才能轉化為穩定輪烷。
輪烷的研究始于1971年,現已成為超分子化學與納米技術交叉的熱點領域。其合成方法多樣,例如通過模闆導向組裝或動态共價化學策略。
如需更詳細的技術進展或合成案例,可參考相關化學文獻或權威數據庫。
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