“ Nanolympiadane”是由五个类似奥林匹克徽标的互锁环形线圈组成的纳米级组件，是仅使用弱非共价相互作用而组装的最新超分子聚索烃之一。通过巧妙的溶剂混合策略，研究人员已经能够使用简单的结构单元制备包含多达22个环的自组装结构。新的链烯足够大，可以用原子力显微镜观察到，并且可以在材料科学中找到应用。

聚索烃是包含几个机械互锁的环以形成链的结构。创建这样的架构具有挑战性，特别是如果环形组成部分由大量分子组成的话。在这种情况下，需要一个分子组装系统，该系统能够始终如一地产生直径均匀的大环。与日本千叶大学的Shiki Yagai和Sougata Datta一起工作的科学家已经使用一种特殊的超分子聚合物来实现这一目标。

单体模型，每个环由600个小分子组成，这些小分子通过范德华相互作用保持在一起

这些材料由可以通过氢键连接形成六元环的单体组成，称为“玫瑰花环”，然后通过π堆积相互作用将其连接起来，以构建具有不同拓扑结构的聚合物结构，包括环形环。达塔解释说：“我们的纳米聚索烃中的每个基本环都是由600个通过弱的非共价相互作用保持在一起的小分子组成的。” “这与以前报道的聚索烃完全不同，后者的每个组成环均由强共价键组成。”

Yagai补充说，尽管较早的生产聚邻苯二酚的方法依赖于金属模板合成，但新方法利用了分子在现有环形表面上组装的趋势。光谱研究和多尺度分子模拟表明，如果我们将单体添加到含有预组装环的溶液中，由于疏溶剂和范德华相互作用，它们倾向于在这些环的表面组装。因此，单体更有可能形成与预制结构互锁的环，而不是在其他空的空间中。”他说。“这种现象称为“二次成核”，是聚串联机制的关键。”

一旦一个环完成，单体往往会在一个完整的环上开始一个新的环，从而导致聚索烃的形成

研究小组发现，它们可以通过改变溶剂和冷却速率来影响闭环。为了制造新材料，他们将预先溶解在极性溶剂中的分子浓缩溶液注入非极性溶剂中。“总的来说，很难预测和控制所形成的超分子组装体的拓扑，但是如果条件合适并且可以正常工作，那么它将比这简单得多，” 在瑞士苏黎世大学研究功能有机分子的MichalJuríček说。

Yagai和他的同事能够制备包含不同数量环面的链烷。他们称呼五环结构为“ nanolympiadane”，以向“ 奥运五环”致敬，“ 奥运五环” 是1994年报道的5元环烷体系。英国诺丁汉大学的一位科学家David Amabilino参与了奥运五环合成，他指出，纳米丙二烷是一种新型的非共价链烯，其环比分子系统中的环大得多。“在Yagai团队的研究中，这些环的直径约为25nm，使五环系统的长度约为90nm，而奥运五环的长度约为4nm。” 阿马比利诺认为，以这种方式制备链烷酮将开辟一个全新的研究领域。这些材料是空前的。到目前为止，由于以受控方式制造系统的潜在困难，甚至还没有广泛考虑这种组装。Yagai的小组为此打开了大门。

英国曼彻斯特大学的Guillaume De Bo说``这是一个美丽的程序，可以快速获得相当大的聚索烃。它说明了如何使用自组装来构建复杂的超分子体系结构，”他指出。“有趣的是，看看如何使用不同的结构单元来调节环的组成和大小，以及这些自组装聚catenanes与其共价对应物的动态和机械性能如何。”

论文链接

S Datta et al, Nature, 2020, 583, 400 (DOI: 10.1038/s41586-020-2445-z)