交换环显示了分子机器的聪明把戏

通过将一个小环穿过一个大环，研究人员创造了一种具有全新运动的轮烷，这种运动可以在未来使用分子机器．

“这篇论文要求我在(我的书)关于轮烷的运动和立体化学的章节中增加一个新章节，因为这种运动太新了，”他说卡森布鲁斯他是美国科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado, Boulder)的教授与人合著了一本关于机械连锁分子的书并没有参与这项新工作。

典型的轮烷运动是在20世纪90年代初发现的，它包括一个大环环沿着一个有大塞子盖住的分子棒滑动。研究人员利用这种滑动运动来制造肽合成器，分子的肌肉分子升降机。

轮烷也可以包含两个环，但直到现在，这些环都不能沿着杆子滑动。乔治·巴吉和斯蒂芬·勒布加拿大温莎大学的研究人员和中国中山大学的朱克龙共同制备了一种轮烷，这种轮烷的小环可以在一个大环中摆动。

为了制造这种分子，研究人员首先将一个小的聚醚大环穿在一根坚硬的芳烃棒上，并在棒的两端盖上盖子以捕获环。接下来，研究人员用大体积的三苯基扩大了塞子，这样他们就可以捕获即将到来的更大的环。最后，他们将一个开放的聚醚夹在杆子上，并通过复分解反应将其悬挂的两端连接在一起，从而连接第二个环。

为了确认环改变了位置，研究人员使用变温核磁共振波谱法来监测每个胺在棒两端苯并咪唑识别位点的独特信号，在那里环与棒形成氢键。在室温下，环在棒上的苯并咪唑之间滑动得太快，以至于无法从每个胺中区分出独特的核磁共振信号。在较低的温度下，会出现明显的信号，这表明环交换的速度足够慢，以至于光谱仪可以记录到不同大小的环附着在每个胺上。

利用可变温度核磁共振实验的数据，研究人员估计，一个环穿过另一个环需要大约3千卡的额外能量。根据之前的工作，小环在杆子周围没有太多的移动空间，勒布设想，大环需要额外的能量来膨胀，并为小环创造通过的空间。

想象一下这种轮烷的新运动如何应用于未来的分子机器，史蒂夫Goldup英国南安普顿大学的研究人员设想了一种机器，在这种机器中，小环可以像穿针引线一样拖动链条穿过大环。“这种分子水平的‘编织’过程似乎相当深奥，”他说，“但它可能是一种产生具有不同寻常性能的复杂材料的有趣方法。”