索烃是一类由两个或多个大环通过机械键相连而组成，是一类具有代表性的机械互锁分子。由于其特殊的拓补结构，索烃的合成、结构与其热力学/动力学状态是人工合成分子机器的基础与核心。
由于索烃存在熵变角度不利的分子结构，其合成往往通过预组装的模板导向来完成。然而当合成高阶[n]索烃时，由于同时存在多个预组装中心，其微小的结构变化会影响到其空间上的伸展方向，从而进一步影响到分子内不同环的连接方式与结构。因而，高阶索烃的合成一直都是极其具有挑战性的难题，为分子机器的人工合成增加了巨大的困难。同时由于索烃各组分之间通过牢固且具有柔性的机械键相连，其不仅有着复杂的空间结构，各组分之间更有着特殊的动力学状态。而高阶[n]索烃合成的困难程度进一步影响到了对于其接受外界刺激后各组分的分子内动力学状态研究。
近日，香港大学欧阳灏宇教授课题组发展了一种高效的方法合成支链[8]索烃。通过同时使用三种不同的模板，以葫芦[6]脲（CB[6]）空腔中进行的炔-叠氮环化（CBAAC反应）进行环合，一步能以72%的产率（59%分离产率）得到支链[8]索烃，该分子也是目前合成分离得到的最大索烃分子（8个互锁大环分子，超过1000个原子，分子量大于9000 g/mol）。
图1：支链[8]索烃的设计与合成 合成该支链[8]索烃的难点在于多个不同预组装模板之间的弱分子间相互作用。该分子合成有三种预组装模板，而其中苯环与邻菲啰啉之间的π-π堆积作用与β-CD和联苯之间通过疏水作用存在竞争关系。同时，CB[6]与质子化仲胺之间的离子-偶极相互作用会增强β-CD和苯环之间的作用，从而影响到该支链[8]索烃的合成（图1）。为解决这个问题，作者设计合成了邻菲啰啉结构1-OBn作为模板分子，从而抹消了β-CD和邻菲啰啉附近苯环之间的疏水作用，实现了该支链[8]索烃的合成。 图2：支链[8]索烃的三种动力学状态 在合成了该支链[8]索烃后，作者对该结构的分子内动力学效应进行了研究，发现该索烃分子具有三种不同的动力学状态，并可以通过控制溶剂离子强度及对其质子及金属离子的改变进行调控：当该结构为完全质子化且有亚铜中心存在时，仅有边缘的β-CD环可以进行相对运动；当该结构去质子化且仍有亚铜中心时，中间的CB[6]环也参与到相对运动的状态中；当该结构的亚铜中心被脱除时，核心的互锁结构被消除，两个邻菲啰啉大环也可以进行相对运动。 在该工作中，作者通过新的模板结果，设计并一步高效合成了支链[8]索烃分子，并通过控制溶剂离子强度，pH及中心金属离子实现了调控该分子三种动力学状态的目的，以此展现出了在索烃中调控整个分子内不同环运动模式的可能，对于复杂分子机器的合成与设计有着重要意义。 论文信息： Macrocycle Dynamics in a Branched [8]Catenane Controlled by Three Different Stimuli in Three Different Regions Antony Wing Hung Ng, Samuel Kin-Man Lai, Chi-Chung Yee, Ho Yu Au-Yeung Angewandte Chemie International Edition
