从衣服上的织物到城市里的摩天大楼，扭结使无数的东西缠绕在一起。近日，英国曼彻斯特大学David A. Leigh 研究团队表示，他们成功在分子尺度上打出有8个交叉的扭结，这是迄今最复杂、最牢固的人工分子结。相关论文“Braiding a molecular knot with eight crossings”于1月13日发表于《科学》期刊上（Science, 2017, 355, 6321, 159-162, DOI: 10.1126/science.aal1619）。 

　　最近几十年，科学家利用一系列化学反应让细微的分子链在试管中纽结在一起。扭结并不仅仅是将多个形态粘结在一起，虽然有60亿种已知的基本扭结形态，但科学家只“打出”了3种：三叶结（trefoil knot, Angew. Chem. Int. Ed., 1989, DOI: 10.1002/anie.198901891），八字结（figure-eight knot）以及五叶结（pentafoil knot）。现在，Leigh团队报道了第四种形态：8₁₉扭结。 

　　虽然过去的扭结仅用两条线交织而成，但此次研究人员用一个5步的化学反应，将3条“绳”编织在一起。他们利用一种名为“自组装”的技术，以分子链为“绳子”，绕着铁离子Fe²⁺编织出有8个交叉的扭结，每个分子链末端的烯烃通过化学催化剂连接在一起，形成完整的封闭扭结。这个有8个交叉的扭结包含192个原子，约20纳米长。Leigh表示，艰难的部分是设计配体链，使其配位铁离子，从而使链末端以正确的方式相遇。 

　　含8交叉分子结[Fe₄2](PF₆)₇Cl络合物的结构示意图：灰色=C，蓝色=N，红色=O，紫色=Fe；绿松石表示一个重复单元的结；

为清晰起见，PF₆–阴离子和氢原子在图中忽略；图来源：Science 

　　结结构组装后，化学家除去铁离子以及其中心螯合的氯离子，以产生无金属结。Leigh说，这个分子是手性的；尽管没有手性中心，但它可以制成镜像的两种不同形式，并能通过手性色谱法进行分离。 

　　Leigh团队在创造互锁的分子结构方面曾经取得系列进展，包括“五叶结”分子的合成及其催化性质（Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aaf3673），形状像大卫之星（六角星）的结（Nat. Chem., 2014, DOI: 10.1038/nchem.2056），以及可以作为催化剂的三叶结（J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs6b08421）等。 

　　这一结果被视为一个“科学里程碑”。多个科技媒体网站（Science新闻、美国化学会C&EN、RSC化学世界chemistryworld.com、物理学家组织网phys.org）对该成果进行了评述报道。打出不同类型的分子扭结，意味着科学家可以进一步探讨这些结构如何影响材料的强度和弹性，从而开发出更轻、更坚固、更有弹性的新材料，应用在从手术缝合线到防弹衣等众多领域中。 

        （摘编自 中国科学报）

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