本报讯（实习记者 师亚萍）近日，安徽工业大学化学与化工学院晶态多孔框架材料创新团队在机械互锁配位超分子设计合成领域取得了重要研究进展。该团队由单威龙副教授领衔，与金国新教授课题组合作，提出了一种基于配位驱动和芳香堆积作用协同组装的合成新策略，成功实现了复杂拓扑结构的有机金属闭合四环链和Borromean环超分子化合物的高效制备。
　　机械互锁分子（MIMs）在自然界中广泛存在，如蛋白质和DNA分子中的互锁结构，这些结构在基因复制和转录过程中发挥着关键作用。然而，人工合成这类复杂分子一直面临着巨大挑战。尽管科学家们已经成功合成了索烃、轮烷、互锁笼等具有复杂拓扑结构的MIMs，但闭合分子链超分子的高效制备仍然是一个难题。直到2018年，科学家才首次通过多阶段合成策略合成了闭合三环链分子，而更高阶的闭合四环链等拓扑结构的合成更是难上加难。
　　安徽工业大学的研究团队通过巧妙设计双齿有机连接配体和合理选择双核有机金属构筑单元，提出了一种全新的合成策略。该策略利用配位驱动和芳香堆积作用的协同效应，成功实现了一步法高效制备闭合四环链和Borromean环超分子化合物。X射线单晶衍射分析结果显示，这些化合物呈现出前所未有的闭合四环链拓扑结构，四个相互穿插但不连接的有机金属单环首尾相连，形成了一个环状的4-索烃结构，并具有8个交叉点。
　　研究团队还发现，这些闭合四环链分子具有极高的稳定性。即使其中一个单环被破坏，其余三个单环仍能保持互锁状态。通过独立梯度模型（IGM）分析，团队进一步揭示了这种稳定性源于分子内丰富的芳香堆积和氢键的协同作用。
　　此外，研究团队还发现，通过调节有机配体中吡啶基团的取代位置，可以选择性地与相同的双核构筑单元结合，从而实现Borromean环的形成。这一发现为未来拓扑复杂的高阶机械互锁超分子的设计合成提供了新的思路。
　　团队还系统研究了配体结构和金属离子种类对有机金属超分子拓扑结构的影响，为未来在分子机器、分子开关、药物传递等领域的应用奠定了理论基础。
　　团队的这一研究成果，不仅推动了机械互锁分子合成领域的发展，也为未来设计合成更复杂、功能更强大的超分子结构提供了新的视角和方法。这一突破性进展标志着我国在超分子化学领域的研究迈上了新的台阶，具有重要的科学意义和应用前景。