轮烷结构是超分子化学里面常见的一种组装体，轮烷是由一个环状分子与一个链状分子组成，链状分子作为整个轮烷的轴穿过环状分子的空腔，而为了保证整个系统的稳定性，链状分子的两端通常含有体积较大的基团以防止轴分子从环分子内滑出。随着超分子化学的发展，科学家们不再局限于单个环状分子与单个链状分子的组装，大量基于冠醚、大环酰胺、环糊精及葫芦脲的轮烷及聚轮烷结构被开发出来，并成为了纳米和分子尺度上设计和构建的新型分子器件的重要组成单元。

　　图1. 轮烷结构的转换示意图（图片来源：J. Am. Chem. Soc.） 

　　近日，意大利博洛尼亚大学Massimo Baroncini教授与Alberto Credi教授联手报道了一种轮烷结构，这种轮烷的环状结构在酸性条件下处于链状分子的中间部位，而在碱性条件下则处于链状分子的两端；不仅如此，当环状分子具有不对称结构时，该轮烷会呈现手性，并且两种对映体会在一定的条件下进行转换（图1）。该成果以“Chemical On/Off Switching ofMechanically Planar Chirality and Chiral Anion Recognition in a [2]RotaxaneMolecular Shuttle”为题发表于《美国化学会志》期刊上（DOI: 10.1021/jacs.9b00941）。 

　　图2. 轮烷结构1H³和2H³的合成路径（图片来源：J. Am. Chem. Soc.） 

　　轮烷结构的合成采用经典的方法（图2）：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。其中，对羟基甲基苯甲醛与六甲基二硅胺烷反应得到的中间产物S1与溴丙炔反应便可以得到含有炔基的链状分子，而芘修饰的大环分子则是由含有羟基的二苯并-24冠-8与1-溴甲基芘反应得到的，简单地将过量的环状分子与S4混合便可以得到准轮烷，而准轮烷与3,5-二叔丁基苄基叠氮发生click反应便可以得到轮烷S5/S6，S5/S6最后与碘甲烷反应得到二甲基化的轮烷1H³和2H³。 

　　图3. 轮烷结构1H³和2H³在不同酸碱性条件下的结构转换（图片来源：J. Am. Chem. Soc.） 

　　得到了轮烷后，作者首先通过核磁对其结构进行了表征（图3）。结果发现，在酸性条件下，线性分子中的氨基会被质子化，环状分子因此主要与带正电荷的氨基结合，处于整个链状分子的中心处；而当溶液呈碱性时，链状分子中心的氨基发生去质子化，其与环状分子间的相互作用也因此减弱，因而环状分子更偏向与带正电的三唑鎓结合。当轮烷结构中的环状分子为未修饰的二苯并-24冠-8时，碱性条件下无论环状分子是与链状分子两个三唑鎓结构中的哪一个结合，其分子结构都一样，而当二苯并-24冠-8经过修饰后，环状分子的选择性结合则会使得整个轮烷结构呈现不同的手性，基于这种特性，作者成功使用了两种光激活阴离子对其对映结构的分布进行了调控。 

　　全文亮点：作者制备了具有三种状态的轮烷，该轮烷结构处于手性状态时其对映结构体的比可以通过阴离子进行调控。