化学家用多环金属配合物实现了前所未有的分子三重跳跃

得克萨斯A＆M杰出化学教授John A. Gladysz，解释了分子陀螺仪中涉及的反动力学。图片来源：得克萨斯A＆M大学

几十年来，德克萨斯A＆M大学的化学家John A. Gladysz博士一直将金属和碳混合在一起，创造出新的分子，从世界上最长的分子导线到由笼子大小控制的微型陀螺仪、分子通路，甚至是通过外部电场操纵实现单向旋转的进展。

在最近的一项研究中，Gladysz和他的研究小组研制出一种新型的分子旋翼，作为一种能够在原子和亚原子水平上操纵物质并改变多个化学分支的功能性分子机器，有望在未来影响无数相关的部门和行业。

德克萨斯A＆M化学博士候选人Andreas Ehnbom和SugamKharel，博士后研究员Tobias Fiedler博士和Hemant Joshi博士以及担任国家科学基金会资助的合作者的X射线衍射实验室助理经理NattamaiBhuvanesh加入Gladysz团队，详细介绍了本周的“美国化学学会杂志”的封面故事。

Gladysz小组使用了2005年被授予诺贝尔化学奖认可的一种名为烯烃复分解的方法，该方法用于合成一系列具有大环配体的铂配合物。这种配体可以在构象变化中翻转核心铂原子，让人联想到双荷兰绳索跳跃。研究人员克服了重大的合成挑战，并实现了前所未有的集中在核心旋转上，引起三轴滑行跳跃的分子运动。

除了使用各种物理方法表征新分子外，研究人员还使用分子模拟实验室（LMS）提供的计算方法以及德克萨斯A＆M高性能研究计算的超级计算和数据分析技术来进一步了解这些分子运动的过程。

Ehnbom说：“之前已经报道了类似的化合物，但只有一个大环。”除了Gladysz之外，Ehnbom还与Texas A＆M理论化学家和LMS主任Michael B. Hall博士合作。

“我们有三个环，因此可以实现'三跳绳'机制，这是前所未有的，”Joshi补充道。

具有可控运动的微小结构，并且将能量添加到反应中时可以执行各种任务分子机器，作为2016年诺贝尔化学奖主题取得了重大进展和并登上了新闻头条。由于分子机器功能多样，这些装置可以应用于分子开关和电机分子，同时也可应用于制造纳米电子设备，纳米机电系统（NEMS）和药物输送系统，在化学，材料科学和医学中具有潜在的应用前景。

Gladysz说“科学家们已经开始研究可以长时间控制运动的分子结构的合成，正如2016年诺贝尔奖所证明的那样，这将是一个越来越活跃的研究领域。使用这些分子，应该有可能设计和开发出能够在原子水平上操纵物质的功能性分子机器，这将是革命性的。我们还远未实现这一目标，但现在，我们距离这一目标更近了一步。”

Ehnbom指出，下一步的重要任务是弄清楚如何控制这些化合物的运动。与现实生活中的发动机和电机不同，目前这些化合物的运动是随机的。该团队计划使用最先进的计算模型来模拟这种旋转，从后续的转子到实验，进一步完善他们的设计，从而更好地了解控制它的因素。毕竟，未来以及可行的应用取决于它。

“如果研究人员能够成功合成功能性分子机器，它在分子水平运输，体内药物输送，微观结构操作，化学品合成，数据处理和储存方面应用的可能性将是无穷无尽的”刚刚完成德克萨斯A＆M博士学位凯瑞尔说。

原文来自：Science News，原文题目：Chemists achieve unprecedented molecular triple jump with multi-ringed metal complexes，由材料科技在线团队翻译整理。