ポリカテナンモデル。[ 1 ] ポリカテナンは 、ポリマー と同様に、多数の単位から化学的に構成される化学物質 である。 [ 2 ]
これは、トポロジカルなホップリンクを介して機械的に連結された カテナン [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] これらは、マクロサイクル の数が2より大きいカテナンの一種であり、カテナンとして、機械的に連結された分子構造（MIMA） の大きなファミリーに属します。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
ポリカテナン環の運動の逆数。 ポリカテナン化合物の特徴は、他のポリマーと区別される点として、共有結合に加えて機械的結合が存在することである。[ 7 ] [ 9 ] [ 10 ] 共有結合を切断するのに十分なエネルギーが与えられた場合にのみ分離できる。機械的に連結された環状成分のみからなる[ n ]-カテナン（nが大きい場合）は、「最適化された」ポリカテナンと見なすことができる。ポリ-[ 2 ]-カテナンとポリ-[ n ]-カテナンの主な違いは、ポリマーにおけるモノマー に相当する繰り返し単位である。 [ 11 ] [ 1 ] [ 12 ]
鎖状構造として、これらの構造の運動度は非常に高く、通常のポリマーよりも大きい。これは、環が相互に回転、伸長、揺動運動を行うためである。[ 1 ] [ 13 ]
分類 ポリカテナンの4つのクラス ポリマー鎖内のカテナン構造の位置に応じて、ポリカテナンは主鎖ポリカテナンと側鎖ポリカテナンに分類できます。[ 2 ] [ 7 ] [ 14 ]
主鎖ポリカテナンは、多数のユニットで環が相互に連結した線状カテナンである。また、相互に連結していなくても、物理的に連結された一連のオリゴマーである場合もある。構造の安定性は、機械的な結合だけでなく、環間の水素結合やπ-π相互作用によってももたらされる。[ 2 ]
一方、側鎖ポリカテナンは、主鎖に対して同じ環上に複数のオリゴマーが連結された分岐構造を持つポリカテナンである。このタイプのカテナンは、分岐を制御できる方向性を持たせるためにマクロ環を官能基化することによって合成される。[ 2 ]
環状ポリマーをベースとしたポリカテナンなど、他の種類のポリカテナンも存在する。環状ポリマーでは、マクロサイクルが環状ポリマーに連結されている。また、ポリカテナンネットワークでは、カテナンが網状に連結されている。[ 15 ] [ 16 ]
合成と応用
合成 ポリカテナンの合成は困難な課題と考えられており、報告されている例のほとんどは溶液状態でのものであり、固体状態でのものはごくわずかである。[ 31 ] 2 ]-カテナンの形成は、官能基化された[ 2 ]-カテナンの重合によって達成できる。[ 32 ] また、[ 3 ]-カテナン、[ 5 ]-カテナン、[ 6 ]-カテナン、および[ 7 ]-カテナンの合成も多くの論文で報告されている。[ 33 ] [ 34 ] 一方、ポリ-[ n ]-カテナンの合成にはいくつかの実際的な問題がある。[ 35 ] [ 36 ] 分子動力学シミュレーションは、 最終的なトポロジーを 予測することによって、目的の製品への最適な合成経路を設計するためのツールとして広く使用されている。[ 37 ] [ 13 ]
合成経路には主に2種類あります。統計的手法とテンプレート指向型手法です。[ 38 ]
統計的手法は確率的方法論に基づいています。[ 39 ] [ 40 ] を形成すること はすでに複雑であるため、予想どおり、複数の環が連結してポリカテナンを形成することは統計的に起こりにくいです。エントロピー的に不利なプロセスであるため、生成物は非常に少量しか得られません。また、環化プロセスには高希釈が必要ですが、鎖の伸長は高濃度で促進されるため、合成はさらに困難になります。[ 39 ] [ 40 ]
カテナン合成のためのテンプレート指向クリッピング法の例。[ 32 ] テンプレート指向アプローチは、既存のマクロサイクル上に予め組織化された線状ユニットの環化を誘導できるホスト-ゲスト相互作用に基づいています。[ 38 ] [ 32 ] [ 38 ] [ 32 ]
収率と選択性は、反応の速度論的または熱力学的制御によって制限される。[ 41 ]
一般的に、反応速度制御は不可逆反応（または平衡反応が生成物の形成方向に大きく偏っている）によって促進されるため、短い反応時間後に生成物の形成を誘発します。[ 26 ] [ 42 ] [ 43 ]
アプリケーション ポリカテナンは比較的新しい研究分野であるため、これらの材料の特性はまだ十分に研究され理解されていません。[ 44 ] 金属有機構造 体ファミリーと密接に関連しているため、この種の化合物のすべての潜在的な用途を共有しています。これらの用途には、生物医学、触媒 、導電性ブリッジ、電子機器、センシング、または分子マシンなどの最近の分野が含まれます。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]
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外部リンク 「ストッダート・グループ」 。 2023年7月6日 取得 。 「ネイチャーポートフォリオ全体からの相互連結分子に関する記事」 。 2023年7月6日 取得 。 
