超分子化学：トロイド状の超分子の構成要素からの自己集合ポリカテナンの形成

分子の機械的連結（カテナン化）は、現代の合成化学や材料科学における重要課題である。カテナン化を行う戦略の1つは、効率的な環化と、次の連結に関わる別の前駆体の事前組織化の両方が可能な環状分子の前駆体を設計することである。このタスクは、環状ターゲットが大きな分子集合体からなる、すなわち超分子集合体である場合、とりわけ困難である。しかし、そうした前例のない集合体を構築すれば、顕微鏡技術によって重要なナノトポロジーの可視化が可能になり、学術的好奇心が満たされるだけでなく、ナノトポロジー由来の特性を持つ材料を開発する道が開かれる。今回我々は、固有の曲率を持つファイバー状超分子集合体を用いたそうしたナノトポロジーの合成について報告する。我々は、溶媒混合法を用いて、伸長して半径約13 nmのトロイドを形成できる分子を速度論的に組織化した。形成されたナノスケールトロイドの原子間力顕微鏡観察によって、「ナノリンピアダン」（5つのトロイドが連結したナノスケールのカテナン）が生成されるほどに高い割合でカテナン化が起こることが明らかになった。分光研究と理論研究によって、この異常に高い割合でのカテナン化が、トロイド周囲での前駆体分子の二次核生成に起因することが示唆された。自己集合プロトコルを改変して閉環と二次核生成を促進することによって、カテナン化の数が最大で22になることが原子間力顕微鏡観察で確認された。

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