Nat.Chem.：三軸超分子編織

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漁網、籃子、圍巾等司空見慣的編製物件通常含有兩條相互交錯的軸（經軸和緯軸），為了模仿這種兩軸編織結構，科學家們一般需要使用金屬配位作為模板在交織點處進行設計。這種設計非常具有挑戰性，因為在分子尺度下，沒有與宏觀編織相對應的「穿針引線」工具。兩軸編織尚且如此困難，更不用說三軸編織了。不過，科學家們顯然更喜歡挑戰困難。近日，瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zürich）的Helma Wennemers教授團隊在Nature Chemistry上報道了一種自組裝有機三軸超分子編織結構，三條軸之間完全由非共價鍵作用連接。

圖1. 兩軸編織和三軸編織示意圖。圖片來源：Nat. Chem.

首先，單體是由剛性的低聚脯氨酸（27 ?）和兩個相距18 ?的茈單醯亞胺組成。其中茈單醯亞胺的π-π堆積形成如圖2右所示的雙層超分子線，超分子線之間的空隙（void）為多條超分子線進一步構築更複雜的結構提供了可能。

圖2. 單體的化學結構以及自組裝形成的超分子線。圖片來源：Nat. Chem.

作者進一步將三條超分子線通過CH-π 作用組裝在一起，形成如圖3所示的三軸超分子編織結構，每條分子線之間的夾角為60?。作者在文中還使用了多種手段進行表徵，該結構之間存在著均勻的六邊形孔道（5.5 nm），並且孔道之間還可以容納Ir納米粒子，從而形成含有Ir納米粒子摻雜的功能材料。

圖3. 三軸超分子編織結構的示意圖。圖片來源：Nat. Chem.

加州伯克利大學Omar Yaghi教授高度評價該項工作，「這種分子編織方法和拓撲結構都非常優美」。他自己的團隊去年在Science上報道了第一個分子編織材料，並被選為封面文章（Science,2016,351, 365-369，點擊閱讀詳細）。[1]

西北大學的Samuel Stupp教授也對該項工作給予了充分的肯定，他覺得這種材料的潛在應用與當前很熱的MOF/COF材料類似，可以用於氣體存儲、分離、催化等等領域。並且這也是首次不使用金屬配位模板合成超分子編織結構。[1]

Helma Wennemers教授。圖片來源：ETH Zürich

簡評：

這種精巧的「穿針引線」體現了化學家們在分子層面的控制力，也將細膩的化學之美悄然放在眼前。不知道上圖Wennemers教授帶著的圍巾是誰織的，不知道諸君在讀這篇文章時，會不會想起燈下織圍巾的那一位。

A triaxial supramolecular weave

Nat. Chem.,2017, DOI: 10.1038/nchem.2823

導師介紹

Helma Wennemers

http://www.x-mol.com/university/faculty/2790

參考資料：

1. http://cen.acs.org/articles/95/i31/Chemists-weave-complex-pattern-yet.html

（本文由PhillyEM供稿）

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