浙江大学郭庆辉研究员等CCS Chem. ：Mini Review—谈分子纳米拓扑学的兴起和前景

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美国西北大学J. Fraser Stoddart教授和浙江大学郭庆辉特聘研究员合作，以Mini Review的形式在CCS Chemistry发表文章，讨论化学拓扑学的历史发展，描述了分子纳米拓扑学是如何通过分子链和结的合理设计、实际合成，以及相互交织的扩展框架，从而作为一门学科快速建立。重点关注化学家和材料科学家面临的主要挑战，提出了一些关于分子纳米拓扑学在未来几年将如何发展的建议。

化学拓扑学是由 Frisch 和 Wasserman 于 1961 年命名，从它第一次在化学文献中被提及，无论在复杂程度还是分子水平尺度上都经历了巨大发展，以至于该学科是时候由小分子世界转向纳米世界了。这种转变的大部分归功于曼彻斯特大学的David Leigh教授。他开发了合成复杂的分子结和链的通用方法，并展示了拓扑可以赋予分子的独特特征和性质。从 2012 年开始，Leigh 使用圆形螺旋合成策略报道了第一个高阶结（五个交叉），生成了必要数量的交叉和正确的连接。圆形双螺旋和三螺旋随后被用于制作三、五、八和九交叉结和多达九个交叉的链。去年，Leigh 报道了第一次编织配体以形成交织的 3×3 网格，该网格用于合成分子无端结以及二维编织聚合物链。分层的二维分子编织材料表现出长程有序，是组成线性聚合物的两倍，并且沿着确定的线条分层和撕裂。当与聚合物膜相结合时，它充当网，减慢大离子的通过，同时让小离子通过其孔。总的来说，这些成就有助于将化学领域扩展到几何和形状的限制之外，涵盖纳米级的拓扑结构。他采用了合成化学的传统元素，并在数学、物理学和生物学的启发下，将它们发展到分子工程的水平。David Leigh 是年轻化学家的榜样，是促进化学美学和美感的典型代表。

与未打结的对应物相比，结可以对分子施加纳米限制，为我们化学家提供了机会，使酶类似物的化学反应在反应特异性、反应速率和产物选择性方面达到更高水平的复杂性和性能。按数学方式计算的话，化学家可以按照 David Leigh 的例子探索大约 60 亿个质数结，我们有充分的理由相信，在分子纳米拓扑结构影响下，随着非天然产物的不断增长和发展，这些成果将会不断涌现。

相关综述于近期发表在CCS Chemistry上，已在官网“Just Published“栏目上线。

原文链接
https://doi.org/10.31635/ccschem.021.202100975

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