轮烷

多个环状分子和一个或多个链状分子为轴组成的分子集合

轮烷是一个或多个环状分子和一个或多个链状分子为轴组成的分子集合，其链分子作轴穿过环分子的空腔，两端结合有体积较大分子以防止轴分子的滑出，从而形成了稳定的轮烷结构。

研究背景

轮烷作为一个比较完整的定义是由schill在1971年提出来的，是由拉丁文roda（轮）及axis（轴）组成而得。用化学语言来说，它含有一个或几个环状分子（轮）和一个线性分子（轴）。为了防止它们之间相互滑动，再现性分子的两端必须有两个体积足够大的基团—封基（slopper）。其线性分组子和环状分子通过所谓的“力学键”（machamical-bonding）相连，而不是通过强的共价键和配位键连接，但是分子的性质却由两个单元分子共同决定。理论上任何一个线性分子都可以穿入或穿过一个内径足够大的环分子，假如随后在线性分子的两端引入足够大的基团能阻止线性分子的离去就可以得到稳定的轮烷分子，而如果线性分子能从环分子内腔离去，二者形成的超分子被称为准轮烷。最简单的轮烷结构由一个线性分子和一个环分子构成。由一个线性分子和n-1个环分构成的轮烷用[n]轮烷表示。早在二十世。纪60—70年代人们就合成出了轮烷。不过当时的产率相当低，纯粹建立在偶然的基础上。此后对轮玩的研究一直停滞不前。最近十年内，随着超分子化学的发展，轮烷的研究发生了翻天覆地的变化。科学家们不仅找到了更好的合成轮烷的方法，同时更重要的是已经开始探索轮烷的特殊性质。

定义

轮烷（Rotaxane）是一类由一个环状分子套在一个哑铃状的线型分子上的而形成的内锁型超分子体系。如果包含多个环状分子，则成为聚轮烷（Polyrotaxane）。与轮烷对应的假轮烷（Pseudortaxane），又称准轮烷，与轮烷区别在于线型分子两端没有位阻基团，主体（环状分子）与客体（线型分子）可以自由的离解和缔合。若包含多个环状分子，则为聚准轮烷（Polypseudortaxane）。

轮烷和索烃是人们研究较多的两类双稳态分子。

应用

超分子科学作为化学科学、生命科学、材料科学、分子电子学、传感器等学科的交叉与融合而产生的新研究领域，近年来的得到了迅猛的发展，取得了令人瞩目的成果。通过分子间相互作用形成的轮烷、索烃等超分子实体也为在纳米和分子尺度上设计和构筑新型的分子器件提供了广阔的应用前景。

合成原理

由于轮烷分子是通过环状分子和线性分子之间的超分子作用力而形成。通过形成新的共价键利用将这些弱相互作用把线性和环分子组合固定在一起，然后得到稳定的轮烷。而根据形成的共价键部位和组装次序的不同可分为三种方式：1.首先使线性分子和环状分子形成准轮烷，再在线性分子的两端引入封基组装成轮烷分子。2.在较高温度下使内径相当的环分子组分穿过线性分子的端基，得到在较高温度下稳定的轮烷。3.先使分别带有一个封基的两个线性分子片段与环状分子形成环状配合物，然后通过共价作用将线性分子片段连接起来组装成轮烷分子。

分类

轮烷的类型可以根据轮烷的各部件的类型以及轮烷中环状分子之间的作用力不同而区分开来。由于轮烷中一般的情况下是多种作用力同时存在，这里我们根据轮烷中不同类型的环分子而把轮烷区分出来的几种类型的轮烷。

冠醚类轮烷

在这类轮烷中，环状分子由冠醚构成，常用的冠醚一般含有富电子的苯或者萘成分.stoddae实验小组合成出许多冠醚类轮烷。如对苯二撑-34-冠-10（EPP34C10）和带来树状分子塞子的连二吡啶盐化合物混合后，可以再见高温度下形成准轮烷，然后在较低温度下形成轮烷。随着合成技术的提高，人们不断合成出新型冠醚类轮烷。

大环酰胺类轮烷

在这种轮烷中存在着环状酰胺分子与线性分子之间的氢键作用。她是氢键作用与其合成起着决定作用。Leigh等报道了一种酰胺类轮烷的合成，这个化合物中有多肽结构。用于模拟蛋白质中的分子机器实验发现大环酰胺可以对可以对肽键的构型起着决定性的作用。氢键的稳定作用使得多肽分子以Z式结构存在。

环糊精型轮烷

具有独特的腔状疏水结构。它与链烷烃分子有较强的疏水作用。促使这两类轮烷分子的组装。

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