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本年的诺贝尔化学奖颁给了Sauvage, Stoddart和Feringa以表扬他们在分子机器设想范畴的出色奉献。那三位科学家天然是那个范畴的奠定人和开辟者， 但同时有许多其他的科学家们和他们一路撑起了那整个范畴， 那篇专栏文章就来清点此中的几位。
David Leigh
本年的化学奖颁给分子机器后很多报酬David Leigh可惜， 因为他也是分子机器范畴的一位巨匠， 此次颁奖几乎暗示他那辈子再无可能染指诺贝尔奖。至于他为什么此次不克不及拿奖， 只能说他晚生了几年。起首， 他是Stoddart的博士生， 1987年获得博士学位， 研究生期间在做大环化学的合成与相关的主客体化学研究。他做了两年博后之后起头了本身的独立教职， 从他早期颁发的文章来看， 90年代他研究过一段时间的C60和超分子化学， 90年代中期进入机械互锁分子范畴， 而他做出的分子机器范畴打破性的工做都在2000年以后， 而本年获奖的三位科学家的最后打破都在2000年以前， 所以从时效性来说他的工做晚于本年的三位获奖者。其次， 他的工做同样是基于索烃和轮烷， 固然有他的小我特色， 但是前有索烃和轮烷的集大成者Sauvage和Stoddart， 所以很遗憾排不到他。但那其实不阻碍他成为那个范畴的巨匠， 笔者本人也十分喜好他的工做， 那里先介绍几个代表做。
Sauvage在1994年报导了控造索烃中一个环相对另一个环的动弹， 但是却无法控造环动弹的标的目的， 即那个动弹标的目的完满是随机的。Leigh在2003年则初次报导了索烃中的单向动弹， 固然所用的办法略显复杂， 但确实是个不小的打破。他设想了一个[3]索烃， 即两个环套在另一个大环上， 大环上有四个差别的连系位点， 能够调控它们与两个环的相对连系才能。通过此中一个环盖住另一个环往一个标的目的的前进道路形成了另一个环单向运动的成果。
2003年Leigh报导索烃中大环的单向动弹
第二年Leigh又报导了另一种战略， 即在两个连系位点中间参加两个差别的可控翻开和封闭的“大门”， 转换连系位点的相对连系才能之后， 选择性的翻开此中一个“大门”则大环只能从一边转到另一个连系位点上， 关上“大门”之后再次切换连系位点的相对连系才能再翻开另一个“大门”则完成一次单向扭转。
2004年Leigh报导的另一种索烃中的单向扭转战略
Leigh没有满足于那种需要分步参加试剂调控的分子机器， 本年他设想了一个索烃， 能够在参加“燃料分子”到消耗完全之前让此中的一个环沿着另一个环单向扭转。此中的原理是， 在两个等同的连系位点的统一个标的目的上有一个不断开启封闭的“大门”， 开启和封闭消耗溶液中的“燃料分子”。当一个连系位点上有大环的时候， 因为位阻效应会减慢大门关上的速度， 因而有更多的时机穿过大门， 最末统计的成果就是向一个标的目的扭转的大环多于向另一个标的目的扭转的大环， 实现了主动的单向扭转。
2016年Leigh颁发的主动单向扭转的索烃
除了单向扭转的索烃外， Leigh还有许多十分标致的分子机器的工做， 下一篇专栏还会继续讨论。
James Tour
Feringa把他的分子马达安上小车胜利的驱动了纳米小车前进， 其其实他之前还有另一小我做了好多个版本的纳米小车， 那小我就是JamesTour。与Feringa先花十来年研究马达， 再把马达拆上车子一次胜利差别， Tour走了先研究车架子再往上拆马达的研发道路， 从三轮车， 四轮车， 到六轮以至“纳米火车”， 连轮子都研发了三代， 有富勒烯， 碳硼烷， 金属共同物。
Tour设想的形形色色的纳米小车
最起头Tour的纳米车都是只要轮子没有马达只能在外表靠情况热驱动的无动力车， 从轮子的规划大要能限造小车随机扩散的路劲。好比三轮车大大都情况只能原地打转， 而四轮车则更倾向于沿着轮轴动弹的标的目的运动。之后Tour测验考试给小车参加可控的动力安装， 好比在车体中参加偶氮苯基团， 希望通过光激发的顺反异构让小车像毛毛虫那样拱行， 但并没有相关的表白设想胜利的尝试报导。
Tour设想的引入光控偶氮苯的纳米小车
Tour也曾测验考试过将Feringa的分子马达引入纳米小车的骨架， 让马达驱动小车前进， 遗憾的是我们同样没能看到相关的驱动胜利的尝试报导。但是三年后Feringa报导了第一个由分子马达驱动的纳米小车， Tour固然没有胜利， 但他的文章为Feringa纳米小车的胜利供给了贵重的经历。也许恰是他将马达放在车架中不胜利的成果才使得Feringa提出了间接将马达与轮子整合的设想。
Tour将Feringa的分子马达引入纳米小车设想
固然在纳米小车的设想上Tour没有胜利， 但是我们仍是很欣慰地看到了之后胜利的案例， 并且Tour后来的主业次要是石墨烯碳纳米管等碳纳米质料的研究。
T. Ross Kelly
上一篇专栏提到1999年Nature上颁发的Feringa的分子马达必定要载入史册， 其实就在那篇文章的前面还有一篇分子马达的文章， 两篇文章back-to-back.而比拟之下， 那篇文章背后的故事显然就略显遗憾了。Kelly和Stoddart生日相差不到一个月， 是一名天然产品全合成有机化学家， 祖师爷是Woodward， 但让他在晚年声名大噪确实长短天然产品的设想与全合成。
1994年Kelly在JACS上颁发了一篇叫做分子刹车片的文章。分子中的三蝶烯通过一根单键毗连到2,2’-联吡啶上能够随机地自在扭转， 当参加金属离子配位固定联吡啶后因为一个吡啶环插入三蝶烯产生位阻使得扭转停行。
Kelly在1994年报导的分子刹车片
之后Kelly将手性的四螺苯替代了联吡啶， 诡计用手性构建能量棘轮， 诱导三蝶烯单向扭转， 在1999年的Nature上颁发了初步功效， 分子马达的120度单向扭转。三蝶烯的一个叶片上引入氨基， 四螺苯末端接有醇羟基， 参加燃料光气毗连氨基和羟基诱导叶片跨过四螺苯能垒实现120度单向扭转。
Kelly于1999年颁发的120度单向扭转分子马达
那个分子马达设想通过单键扭转， 曲不雅上的体味更接近我们所领会的“马达”， 可惜之后很长一段时间再也没有关于那个别系的报导。曲到八年后的一篇JACS， Kelly才颁发了他关于那个分子马达的勤奋， 然而结局却令人失慎可惜。为了实现360度扭转， Kelly在三蝶烯三个叶片上都引入了氨基， 同时在四螺苯上引入了能催化光气与氨基反响的吡啶， 希望通过催化剂定向将燃料分子输送到比来的一个氨基上， 反复三次即可完成一周的扭转。设想十分精巧斗胆， 但是事实很无情， Kelly的团队颠末各类测验考试之后都不work， 最末颁布发表失败了结。
Kelly于2007年颁发的不胜利的360度扭转测验考试
不可思议， 那项工做在十来名科研人员的八年的测验考试后以失败了结。联络到Kelly的全合成布景， 十分擅长设想步调很长的合成道路， 但却不克不及不考虑到分子的合成道路太长， 一旦发现不work需要修改构造的时候， 时间和人力成本太高， 难以停止大量的测验考试。Kelly是不幸的， 也许胜利的阿谁构造就只需要修改一个碳链的长度， 或者一个代替基的位置， 但是很遗憾， 我们也许永久都不会晓得了。但Kelly又是幸运的， 固然在那篇文章之后他便淡出了学术圈， 固然他的分子马达最末没有胜利， 但毫无疑问他在人类挑战未知的前沿留下了浓墨重彩的一笔， 因为有太多失败的科研故事， 以至都没有让世界晓得的时机。
参考文献
David A. Leigh, Jenny K. Y. Wong, Franc¸oisDehez, Francesco Zerbetto, Nature, 2003, 424, 174-179.
Jose´ V. Herna´ndez, Euan R. Kay, David A. Leigh,Science, 2004, 306, 1532-1537.
Miriam R. Wilson, Jordi Solà, Armando Carlone,Stephen M. Goldup, Nathalie Lebrasseur, David A. Leigh, Nature, 2016, 534, 235-240.
Guillaume Vives, James M. Tour, Acc. Chem. Res., 2009, 42, 473–487.
T.R. Kelly, H. De Silva and R.A. Silva, Nature. 1999, 400, 150-152.
T. Ross Kelly, Michael C. Bowyer, K. VijayaBhaskar, David Bebbington, Albert Garcia, Fengrui Lang, Min H. Kim, Michael P.Jette, J. Am. Chem. Soc., 1994, 116, 3657-3658
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T. Ross Kelly , Xiaolu Cai , Fehmi Damkaci ,Sreeletha B. Panicker , Bin Tu , Simon M. Bushell , Ivan Cornella , Matthew J.Piggott , Richard Salives , Marta Cavero , Yajun Zhao , Serge Jasmin, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 376.
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