链苯烷

链苯烷是由两个或更多个互锁的大环组成的机械互锁的分子结构，即包含两个或更多个交织环的分子。如果不破坏大环的共价键，则无法分离互锁的环。Catenane源自拉丁语catena的意思链。它们在概念上与其他机械互锁的分子结构有关，例如轮烷、分子结或分子Borromean环。最近创造了术语机械键来描述链烷的大环之间的连接。已经以两种不同的方式合成了链烷烃：统计合成和模板指导合成。

链烷的有机合成有两种主要方法。xxx种是简单地进行闭环反应，希望一些环会在其他环周围形成，从而得到所需的链烷产物。这种所谓的统计方法导致了链烷的首次合成。然而，该方法效率极低，需要高度稀释封闭环和大量过量的预成型环，因此很少使用。第二种方法依赖于利用氢键、金属配位、疏水效应或库仑相互作用对大环前体进行超分子预组织。这些非共价相互作用抵消了一些缔合的熵成本，并帮助定位组分以在最终闭环时形成所需的链烷。这种以模板为导向的方法，加上高压条件的使用，可以提供超过90%的产率，从而提高了链烷的应用潜力。这种方法的一个例子使用了双联吡啶盐，它形成了穿过冠醚双（对亚苯基）-34-crown-10的强配合物。当大环化（连锁）反应不可逆时，模板指导合成主要在动力学控制下进行。最近，Sanders和Otto小组表明，使用可逆化学的动态组合方法在制备结构不可预测的新链烷方面特别成功。热力学控制的合成提供了一种纠错机制；即使一个大环在没有形成链烷的情况下关闭，它也可以在以后重新打开并产生所需的互锁结构。由于各个组分和链烷之间的平衡，该方法还提供了不同大环之间的亲和常数的信息，允许进行类似滴定的实验。

许多链烷的一个特别有趣的特性是环相对于彼此旋转的能力。除了其他方法外，这种运动通常可以通过NMR光谱法检测和测量。当最终的链烷中存在分子识别基序时（通常是那些用于合成链烷的基序），链烷可以具有一个或多个相对于彼此在热力学上优选的环位置（识别位点）。在一个识别位点是可转换部分的情况下，产生机械分子转换。当通过金属离子周围的大环配位合成链烷时，金属离子的移除和重新插入可以打开和关闭环的自由运动。如果存在多个识别位点，则可以根据环占据的识别位点观察到不同的颜色，因此可以通过改变首选识别位点来改变链烷溶液的颜色。两个位点之间的切换可以通过使用基于化学、电化学或什至可见光的方法来实现。已经合成了包含许多功能单元的链烷烃，包括氧化还原活性基团（例如紫精，TTF=四硫富瓦烯）、光致异构基团（例如偶氮苯）、荧光基团和手性基团。一些这样的单元已被用于制造如上所述的分子开关，以及用于制造分子电子设备和分子传感器。

在模板导向的链烷合成中，在最终的闭环反应之前，有许多不同的方法可以将前体保持在一起。每种形成链烷的非共价方法都会导致可以被认为是不同的链烷家族。另一个链烷家族被称为椒盐脆饼或桥联[2]链烷，因为它们类似于椒盐卷饼，具有连接两个大环的间隔物。在一个这样的系统中，一个大环是缺电子的低聚双联吡啶环，另一个环是基于对亚苯基或萘的冠醚环烷。X射线衍射表明，由于pi-pi相互作用，环芳的芳族基团牢牢固定在吡啶环内。这种类型的化合物存在数量有限的（快速互换的）构象异构体。在手铐形链环中，两个相连的环穿过同一个环。双大环（红色）在冠醚链中包含两个菲咯啉单元。当另外两个具有烯烃臂的菲咯啉单元通过铜(I)配合物协调时，联锁环是自组装的，然后是复分解环闭合步骤。

在链环命名法中，方括号中的数字位于链环一词之前，以指示涉及的环数。已经合成了高达[7]链烷的离散链烷。