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... id="C3">1997年的诺贝尔化学奖颁发给了Paul D. Boyer、John E. Walker和Jens C. Skou以表彰他们在发现钠钾泵和ATP合成酶的工作机制上的贡献[1 , 2 ] .过去半个世纪分子生物学家们向我们揭示，许多生命运转活动都在生物大分子如机器般的运转下实现.细胞鞭毛、驱动蛋白、核糖体等一系列生物大分子机器的协同工作造就了丰富多彩的生命世界[3 -5 ] .科学的发展往往遵循着理解自然、模拟自然、超越自然的规律.在生物学家们揭示了自然界中分子机器的运转原理后，化学家们则想要通过设计人工合成的小分子来模拟这些大分子，最终希望能有超越自然的分子或材料被发明出来造福人类.事实上早在1959年Feynman[6 ] 就发表了一篇名为“Thereʹs Plenty of Room at the Bottom”的演讲，展望人类达到原子级别精确控制的未来世界，之后纳米技术发展则分为了top down和bottom up两种策略.在bottom up策略中有一批科学家致力于设计合成小分子机器，他们通过有机化学构建一些内部可以相对运动的小分子来实现像机器一样的功能[7 ] . ...
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... id="C3">1997年的诺贝尔化学奖颁发给了Paul D. Boyer、John E. Walker和Jens C. Skou以表彰他们在发现钠钾泵和ATP合成酶的工作机制上的贡献[1 , 2 ] .过去半个世纪分子生物学家们向我们揭示，许多生命运转活动都在生物大分子如机器般的运转下实现.细胞鞭毛、驱动蛋白、核糖体等一系列生物大分子机器的协同工作造就了丰富多彩的生命世界[3 -5 ] .科学的发展往往遵循着理解自然、模拟自然、超越自然的规律.在生物学家们揭示了自然界中分子机器的运转原理后，化学家们则想要通过设计人工合成的小分子来模拟这些大分子，最终希望能有超越自然的分子或材料被发明出来造福人类.事实上早在1959年Feynman[6 ] 就发表了一篇名为“Thereʹs Plenty of Room at the Bottom”的演讲，展望人类达到原子级别精确控制的未来世界，之后纳米技术发展则分为了top down和bottom up两种策略.在bottom up策略中有一批科学家致力于设计合成小分子机器，他们通过有机化学构建一些内部可以相对运动的小分子来实现像机器一样的功能[7 ] . ...
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... id="C3">1997年的诺贝尔化学奖颁发给了Paul D. Boyer、John E. Walker和Jens C. Skou以表彰他们在发现钠钾泵和ATP合成酶的工作机制上的贡献[1 , 2 ] .过去半个世纪分子生物学家们向我们揭示，许多生命运转活动都在生物大分子如机器般的运转下实现.细胞鞭毛、驱动蛋白、核糖体等一系列生物大分子机器的协同工作造就了丰富多彩的生命世界[3 -5 ] .科学的发展往往遵循着理解自然、模拟自然、超越自然的规律.在生物学家们揭示了自然界中分子机器的运转原理后，化学家们则想要通过设计人工合成的小分子来模拟这些大分子，最终希望能有超越自然的分子或材料被发明出来造福人类.事实上早在1959年Feynman[6 ] 就发表了一篇名为“Thereʹs Plenty of Room at the Bottom”的演讲，展望人类达到原子级别精确控制的未来世界，之后纳米技术发展则分为了top down和bottom up两种策略.在bottom up策略中有一批科学家致力于设计合成小分子机器，他们通过有机化学构建一些内部可以相对运动的小分子来实现像机器一样的功能[7 ] . ...
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... id="C3">1997年的诺贝尔化学奖颁发给了Paul D. Boyer、John E. Walker和Jens C. Skou以表彰他们在发现钠钾泵和ATP合成酶的工作机制上的贡献[1 , 2 ] .过去半个世纪分子生物学家们向我们揭示，许多生命运转活动都在生物大分子如机器般的运转下实现.细胞鞭毛、驱动蛋白、核糖体等一系列生物大分子机器的协同工作造就了丰富多彩的生命世界[3 -5 ] .科学的发展往往遵循着理解自然、模拟自然、超越自然的规律.在生物学家们揭示了自然界中分子机器的运转原理后，化学家们则想要通过设计人工合成的小分子来模拟这些大分子，最终希望能有超越自然的分子或材料被发明出来造福人类.事实上早在1959年Feynman[6 ] 就发表了一篇名为“Thereʹs Plenty of Room at the Bottom”的演讲，展望人类达到原子级别精确控制的未来世界，之后纳米技术发展则分为了top down和bottom up两种策略.在bottom up策略中有一批科学家致力于设计合成小分子机器，他们通过有机化学构建一些内部可以相对运动的小分子来实现像机器一样的功能[7 ] . ...
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... id="C3">1997年的诺贝尔化学奖颁发给了Paul D. Boyer、John E. Walker和Jens C. Skou以表彰他们在发现钠钾泵和ATP合成酶的工作机制上的贡献[1 , 2 ] .过去半个世纪分子生物学家们向我们揭示，许多生命运转活动都在生物大分子如机器般的运转下实现.细胞鞭毛、驱动蛋白、核糖体等一系列生物大分子机器的协同工作造就了丰富多彩的生命世界[3 -5 ] .科学的发展往往遵循着理解自然、模拟自然、超越自然的规律.在生物学家们揭示了自然界中分子机器的运转原理后，化学家们则想要通过设计人工合成的小分子来模拟这些大分子，最终希望能有超越自然的分子或材料被发明出来造福人类.事实上早在1959年Feynman[6 ] 就发表了一篇名为“Thereʹs Plenty of Room at the Bottom”的演讲，展望人类达到原子级别精确控制的未来世界，之后纳米技术发展则分为了top down和bottom up两种策略.在bottom up策略中有一批科学家致力于设计合成小分子机器，他们通过有机化学构建一些内部可以相对运动的小分子来实现像机器一样的功能[7 ] . ...
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... id="C3">1997年的诺贝尔化学奖颁发给了Paul D. Boyer、John E. Walker和Jens C. Skou以表彰他们在发现钠钾泵和ATP合成酶的工作机制上的贡献[1 , 2 ] .过去半个世纪分子生物学家们向我们揭示，许多生命运转活动都在生物大分子如机器般的运转下实现.细胞鞭毛、驱动蛋白、核糖体等一系列生物大分子机器的协同工作造就了丰富多彩的生命世界[3 -5 ] .科学的发展往往遵循着理解自然、模拟自然、超越自然的规律.在生物学家们揭示了自然界中分子机器的运转原理后，化学家们则想要通过设计人工合成的小分子来模拟这些大分子，最终希望能有超越自然的分子或材料被发明出来造福人类.事实上早在1959年Feynman[6 ] 就发表了一篇名为“Thereʹs Plenty of Room at the Bottom”的演讲，展望人类达到原子级别精确控制的未来世界，之后纳米技术发展则分为了top down和bottom up两种策略.在bottom up策略中有一批科学家致力于设计合成小分子机器，他们通过有机化学构建一些内部可以相对运动的小分子来实现像机器一样的功能[7 ] . ...
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... id="C4">2016年诺贝尔化学奖颁给了Jean-Pierre Sauvage、Fraser Stoddart和Ben Feringa，以表彰他们在设计与合成分子机器上的卓越贡献.分子机器中的一大部分都是机械互锁分子，所谓机械互锁分子是指一个分子中有至少两个部分之间没有直接共价键相连，但却无法在不切断共价键的情况下将这些部分分开，维系这些部分的键被称为机械键[8 , 9 ] .机械互锁分子最常见的两大类是索烃(Catenane)和轮烷(Rotaxane).索烃是由两个或两个以上的环互相扣在一起，而轮烷则是一个环穿在一根两边封端的轴上.索烃和轮烷可以实现一些基本的机械式运动，比如索烃中的一个环可以绕另一个环转动，而轮烷中的环可以沿着轴平移(图1 ) .除了机械互锁分子外，还可以利用双键的顺反异构和单键的旋转来构建分子内相对运动，三位获奖者中Sauvage和Stoddart发展的分子机器大多是基于机械互锁分子，而Feringa的分子机器则大多数基于双键的顺反异构. ...
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... id="C4">2016年诺贝尔化学奖颁给了Jean-Pierre Sauvage、Fraser Stoddart和Ben Feringa，以表彰他们在设计与合成分子机器上的卓越贡献.分子机器中的一大部分都是机械互锁分子，所谓机械互锁分子是指一个分子中有至少两个部分之间没有直接共价键相连，但却无法在不切断共价键的情况下将这些部分分开，维系这些部分的键被称为机械键[8 , 9 ] .机械互锁分子最常见的两大类是索烃(Catenane)和轮烷(Rotaxane).索烃是由两个或两个以上的环互相扣在一起，而轮烷则是一个环穿在一根两边封端的轴上.索烃和轮烷可以实现一些基本的机械式运动，比如索烃中的一个环可以绕另一个环转动，而轮烷中的环可以沿着轴平移(图1 ) .除了机械互锁分子外，还可以利用双键的顺反异构和单键的旋转来构建分子内相对运动，三位获奖者中Sauvage和Stoddart发展的分子机器大多是基于机械互锁分子，而Feringa的分子机器则大多数基于双键的顺反异构. ...
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... id="C5">1953年沃森和克里克用模型搭出了DNA双螺旋结构，同年机械互锁分子的概念被提出[10 ] ，之后的30年间这个领域的先驱者们在一片黑暗中摸索(图2 ) .最早的合成将希望寄托于概率[11 , 12 ] ，希望溶液中的长链恰巧穿过大环然后关环，产率极低；之后采用将长链共价连接在大环上、关环后再切断连接的方法以冗长的合成步骤为代价得到索烃[13 ] ；甚至还有设计合成分子莫比乌斯环，然后从中间剪开得到两个环套在一起的索烃的策略[14 ] .无论是哪种方法，都面临着合成难度大、产率低的困境.如果连合成这种分子都如此艰难，谈何性质研究呢？在这种情况下，Sauvage[15 ] 于1983年报道了一种合成索烃的新策略，他以铜离子为模板将前体的两个部分拉近关环得到索烃(图3a )，结果是仅仅只需三步反应就可以从商业原料以20%以上产率得到索烃.Sauvage的贡献是不言而喻的[16 ] ，他让索烃的克级以上实验室制备成为可能，这为机械互锁分子领域以及以机械互锁分子为基础的分子机器的发展奠定了坚实的基础.值得一提的是，这并不是Sauvage第一次与诺贝尔奖之间的交集，他博士论文的内容是穴醚的合成与性质研究[17 -20 ] ，1971年他作为导师的第一个学生毕业，而他的导师Jean-Marie Lehn于1987年因对穴醚化合物的研究获得诺贝尔化学奖[21 ] . ...
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... id="C5">1953年沃森和克里克用模型搭出了DNA双螺旋结构，同年机械互锁分子的概念被提出[10 ] ，之后的30年间这个领域的先驱者们在一片黑暗中摸索(图2 ) .最早的合成将希望寄托于概率[11 , 12 ] ，希望溶液中的长链恰巧穿过大环然后关环，产率极低；之后采用将长链共价连接在大环上、关环后再切断连接的方法以冗长的合成步骤为代价得到索烃[13 ] ；甚至还有设计合成分子莫比乌斯环，然后从中间剪开得到两个环套在一起的索烃的策略[14 ] .无论是哪种方法，都面临着合成难度大、产率低的困境.如果连合成这种分子都如此艰难，谈何性质研究呢？在这种情况下，Sauvage[15 ] 于1983年报道了一种合成索烃的新策略，他以铜离子为模板将前体的两个部分拉近关环得到索烃(图3a )，结果是仅仅只需三步反应就可以从商业原料以20%以上产率得到索烃.Sauvage的贡献是不言而喻的[16 ] ，他让索烃的克级以上实验室制备成为可能，这为机械互锁分子领域以及以机械互锁分子为基础的分子机器的发展奠定了坚实的基础.值得一提的是，这并不是Sauvage第一次与诺贝尔奖之间的交集，他博士论文的内容是穴醚的合成与性质研究[17 -20 ] ，1971年他作为导师的第一个学生毕业，而他的导师Jean-Marie Lehn于1987年因对穴醚化合物的研究获得诺贝尔化学奖[21 ] . ...
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... id="C5">1953年沃森和克里克用模型搭出了DNA双螺旋结构，同年机械互锁分子的概念被提出[10 ] ，之后的30年间这个领域的先驱者们在一片黑暗中摸索(图2 ) .最早的合成将希望寄托于概率[11 , 12 ] ，希望溶液中的长链恰巧穿过大环然后关环，产率极低；之后采用将长链共价连接在大环上、关环后再切断连接的方法以冗长的合成步骤为代价得到索烃[13 ] ；甚至还有设计合成分子莫比乌斯环，然后从中间剪开得到两个环套在一起的索烃的策略[14 ] .无论是哪种方法，都面临着合成难度大、产率低的困境.如果连合成这种分子都如此艰难，谈何性质研究呢？在这种情况下，Sauvage[15 ] 于1983年报道了一种合成索烃的新策略，他以铜离子为模板将前体的两个部分拉近关环得到索烃(图3a )，结果是仅仅只需三步反应就可以从商业原料以20%以上产率得到索烃.Sauvage的贡献是不言而喻的[16 ] ，他让索烃的克级以上实验室制备成为可能，这为机械互锁分子领域以及以机械互锁分子为基础的分子机器的发展奠定了坚实的基础.值得一提的是，这并不是Sauvage第一次与诺贝尔奖之间的交集，他博士论文的内容是穴醚的合成与性质研究[17 -20 ] ，1971年他作为导师的第一个学生毕业，而他的导师Jean-Marie Lehn于1987年因对穴醚化合物的研究获得诺贝尔化学奖[21 ] . ...
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... id="C5">1953年沃森和克里克用模型搭出了DNA双螺旋结构，同年机械互锁分子的概念被提出[10 ] ，之后的30年间这个领域的先驱者们在一片黑暗中摸索(图2 ) .最早的合成将希望寄托于概率[11 , 12 ] ，希望溶液中的长链恰巧穿过大环然后关环，产率极低；之后采用将长链共价连接在大环上、关环后再切断连接的方法以冗长的合成步骤为代价得到索烃[13 ] ；甚至还有设计合成分子莫比乌斯环，然后从中间剪开得到两个环套在一起的索烃的策略[14 ] .无论是哪种方法，都面临着合成难度大、产率低的困境.如果连合成这种分子都如此艰难，谈何性质研究呢？在这种情况下，Sauvage[15 ] 于1983年报道了一种合成索烃的新策略，他以铜离子为模板将前体的两个部分拉近关环得到索烃(图3a )，结果是仅仅只需三步反应就可以从商业原料以20%以上产率得到索烃.Sauvage的贡献是不言而喻的[16 ] ，他让索烃的克级以上实验室制备成为可能，这为机械互锁分子领域以及以机械互锁分子为基础的分子机器的发展奠定了坚实的基础.值得一提的是，这并不是Sauvage第一次与诺贝尔奖之间的交集，他博士论文的内容是穴醚的合成与性质研究[17 -20 ] ，1971年他作为导师的第一个学生毕业，而他的导师Jean-Marie Lehn于1987年因对穴醚化合物的研究获得诺贝尔化学奖[21 ] . ...
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... id="C5">1953年沃森和克里克用模型搭出了DNA双螺旋结构，同年机械互锁分子的概念被提出[10 ] ，之后的30年间这个领域的先驱者们在一片黑暗中摸索(图2 ) .最早的合成将希望寄托于概率[11 , 12 ] ，希望溶液中的长链恰巧穿过大环然后关环，产率极低；之后采用将长链共价连接在大环上、关环后再切断连接的方法以冗长的合成步骤为代价得到索烃[13 ] ；甚至还有设计合成分子莫比乌斯环，然后从中间剪开得到两个环套在一起的索烃的策略[14 ] .无论是哪种方法，都面临着合成难度大、产率低的困境.如果连合成这种分子都如此艰难，谈何性质研究呢？在这种情况下，Sauvage[15 ] 于1983年报道了一种合成索烃的新策略，他以铜离子为模板将前体的两个部分拉近关环得到索烃(图3a )，结果是仅仅只需三步反应就可以从商业原料以20%以上产率得到索烃.Sauvage的贡献是不言而喻的[16 ] ，他让索烃的克级以上实验室制备成为可能，这为机械互锁分子领域以及以机械互锁分子为基础的分子机器的发展奠定了坚实的基础.值得一提的是，这并不是Sauvage第一次与诺贝尔奖之间的交集，他博士论文的内容是穴醚的合成与性质研究[17 -20 ] ，1971年他作为导师的第一个学生毕业，而他的导师Jean-Marie Lehn于1987年因对穴醚化合物的研究获得诺贝尔化学奖[21 ] . ...
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... id="C5">1953年沃森和克里克用模型搭出了DNA双螺旋结构，同年机械互锁分子的概念被提出[10 ] ，之后的30年间这个领域的先驱者们在一片黑暗中摸索(图2 ) .最早的合成将希望寄托于概率[11 , 12 ] ，希望溶液中的长链恰巧穿过大环然后关环，产率极低；之后采用将长链共价连接在大环上、关环后再切断连接的方法以冗长的合成步骤为代价得到索烃[13 ] ；甚至还有设计合成分子莫比乌斯环，然后从中间剪开得到两个环套在一起的索烃的策略[14 ] .无论是哪种方法，都面临着合成难度大、产率低的困境.如果连合成这种分子都如此艰难，谈何性质研究呢？在这种情况下，Sauvage[15 ] 于1983年报道了一种合成索烃的新策略，他以铜离子为模板将前体的两个部分拉近关环得到索烃(图3a )，结果是仅仅只需三步反应就可以从商业原料以20%以上产率得到索烃.Sauvage的贡献是不言而喻的[16 ] ，他让索烃的克级以上实验室制备成为可能，这为机械互锁分子领域以及以机械互锁分子为基础的分子机器的发展奠定了坚实的基础.值得一提的是，这并不是Sauvage第一次与诺贝尔奖之间的交集，他博士论文的内容是穴醚的合成与性质研究[17 -20 ] ，1971年他作为导师的第一个学生毕业，而他的导师Jean-Marie Lehn于1987年因对穴醚化合物的研究获得诺贝尔化学奖[21 ] . ...
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... id="C5">1953年沃森和克里克用模型搭出了DNA双螺旋结构，同年机械互锁分子的概念被提出[10 ] ，之后的30年间这个领域的先驱者们在一片黑暗中摸索(图2 ) .最早的合成将希望寄托于概率[11 , 12 ] ，希望溶液中的长链恰巧穿过大环然后关环，产率极低；之后采用将长链共价连接在大环上、关环后再切断连接的方法以冗长的合成步骤为代价得到索烃[13 ] ；甚至还有设计合成分子莫比乌斯环，然后从中间剪开得到两个环套在一起的索烃的策略[14 ] .无论是哪种方法，都面临着合成难度大、产率低的困境.如果连合成这种分子都如此艰难，谈何性质研究呢？在这种情况下，Sauvage[15 ] 于1983年报道了一种合成索烃的新策略，他以铜离子为模板将前体的两个部分拉近关环得到索烃(图3a )，结果是仅仅只需三步反应就可以从商业原料以20%以上产率得到索烃.Sauvage的贡献是不言而喻的[16 ] ，他让索烃的克级以上实验室制备成为可能，这为机械互锁分子领域以及以机械互锁分子为基础的分子机器的发展奠定了坚实的基础.值得一提的是，这并不是Sauvage第一次与诺贝尔奖之间的交集，他博士论文的内容是穴醚的合成与性质研究[17 -20 ] ，1971年他作为导师的第一个学生毕业，而他的导师Jean-Marie Lehn于1987年因对穴醚化合物的研究获得诺贝尔化学奖[21 ] . ...
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... id="C5">1953年沃森和克里克用模型搭出了DNA双螺旋结构，同年机械互锁分子的概念被提出[10 ] ，之后的30年间这个领域的先驱者们在一片黑暗中摸索(图2 ) .最早的合成将希望寄托于概率[11 , 12 ] ，希望溶液中的长链恰巧穿过大环然后关环，产率极低；之后采用将长链共价连接在大环上、关环后再切断连接的方法以冗长的合成步骤为代价得到索烃[13 ] ；甚至还有设计合成分子莫比乌斯环，然后从中间剪开得到两个环套在一起的索烃的策略[14 ] .无论是哪种方法，都面临着合成难度大、产率低的困境.如果连合成这种分子都如此艰难，谈何性质研究呢？在这种情况下，Sauvage[15 ] 于1983年报道了一种合成索烃的新策略，他以铜离子为模板将前体的两个部分拉近关环得到索烃(图3a )，结果是仅仅只需三步反应就可以从商业原料以20%以上产率得到索烃.Sauvage的贡献是不言而喻的[16 ] ，他让索烃的克级以上实验室制备成为可能，这为机械互锁分子领域以及以机械互锁分子为基础的分子机器的发展奠定了坚实的基础.值得一提的是，这并不是Sauvage第一次与诺贝尔奖之间的交集，他博士论文的内容是穴醚的合成与性质研究[17 -20 ] ，1971年他作为导师的第一个学生毕业，而他的导师Jean-Marie Lehn于1987年因对穴醚化合物的研究获得诺贝尔化学奖[21 ] . ...
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... id="C5">1953年沃森和克里克用模型搭出了DNA双螺旋结构，同年机械互锁分子的概念被提出[10 ] ，之后的30年间这个领域的先驱者们在一片黑暗中摸索(图2 ) .最早的合成将希望寄托于概率[11 , 12 ] ，希望溶液中的长链恰巧穿过大环然后关环，产率极低；之后采用将长链共价连接在大环上、关环后再切断连接的方法以冗长的合成步骤为代价得到索烃[13 ] ；甚至还有设计合成分子莫比乌斯环，然后从中间剪开得到两个环套在一起的索烃的策略[14 ] .无论是哪种方法，都面临着合成难度大、产率低的困境.如果连合成这种分子都如此艰难，谈何性质研究呢？在这种情况下，Sauvage[15 ] 于1983年报道了一种合成索烃的新策略，他以铜离子为模板将前体的两个部分拉近关环得到索烃(图3a )，结果是仅仅只需三步反应就可以从商业原料以20%以上产率得到索烃.Sauvage的贡献是不言而喻的[16 ] ，他让索烃的克级以上实验室制备成为可能，这为机械互锁分子领域以及以机械互锁分子为基础的分子机器的发展奠定了坚实的基础.值得一提的是，这并不是Sauvage第一次与诺贝尔奖之间的交集，他博士论文的内容是穴醚的合成与性质研究[17 -20 ] ，1971年他作为导师的第一个学生毕业，而他的导师Jean-Marie Lehn于1987年因对穴醚化合物的研究获得诺贝尔化学奖[21 ] . ...
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... id="C5">1953年沃森和克里克用模型搭出了DNA双螺旋结构，同年机械互锁分子的概念被提出[10 ] ，之后的30年间这个领域的先驱者们在一片黑暗中摸索(图2 ) .最早的合成将希望寄托于概率[11 , 12 ] ，希望溶液中的长链恰巧穿过大环然后关环，产率极低；之后采用将长链共价连接在大环上、关环后再切断连接的方法以冗长的合成步骤为代价得到索烃[13 ] ；甚至还有设计合成分子莫比乌斯环，然后从中间剪开得到两个环套在一起的索烃的策略[14 ] .无论是哪种方法，都面临着合成难度大、产率低的困境.如果连合成这种分子都如此艰难，谈何性质研究呢？在这种情况下，Sauvage[15 ] 于1983年报道了一种合成索烃的新策略，他以铜离子为模板将前体的两个部分拉近关环得到索烃(图3a )，结果是仅仅只需三步反应就可以从商业原料以20%以上产率得到索烃.Sauvage的贡献是不言而喻的[16 ] ，他让索烃的克级以上实验室制备成为可能，这为机械互锁分子领域以及以机械互锁分子为基础的分子机器的发展奠定了坚实的基础.值得一提的是，这并不是Sauvage第一次与诺贝尔奖之间的交集，他博士论文的内容是穴醚的合成与性质研究[17 -20 ] ，1971年他作为导师的第一个学生毕业，而他的导师Jean-Marie Lehn于1987年因对穴醚化合物的研究获得诺贝尔化学奖[21 ] . ...
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... id="C6">与Sauvage师出超分子化学再开辟机械互锁分子领域不同，Stoddart早年学习糖化学，是天然产物有机化学家，博士后期间还曾独立撰写过《糖的立体化学》[22 ] ，独立后和早期的工作也是天然产物的立体化学，70年代中后期到80年代开始转为研究冠醚的主客体化学，并于80年代末期提出了给受体模板合成[23 , 24 ] (图3b ).1991年，Stoddart[25 ] 发表了一篇名为“A Molecular Shuttle”的文章，阐述了用给受体模板合成的、最早的、基于轮烷的分子机器.在这篇文章中合成的轮烷分子的轴上有两个等同的结合位点，室温下大环可以在两个位点间以约2000次每秒的速度往复运动，故被命名为分子梭.有趣的是，Stoddart是最早在文献中使用卡通表示化学结构的科学家之一，也是文献彩色化的推动者. ...
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... id="C6">与Sauvage师出超分子化学再开辟机械互锁分子领域不同，Stoddart早年学习糖化学，是天然产物有机化学家，博士后期间还曾独立撰写过《糖的立体化学》[22 ] ，独立后和早期的工作也是天然产物的立体化学，70年代中后期到80年代开始转为研究冠醚的主客体化学，并于80年代末期提出了给受体模板合成[23 , 24 ] (图3b ).1991年，Stoddart[25 ] 发表了一篇名为“A Molecular Shuttle”的文章，阐述了用给受体模板合成的、最早的、基于轮烷的分子机器.在这篇文章中合成的轮烷分子的轴上有两个等同的结合位点，室温下大环可以在两个位点间以约2000次每秒的速度往复运动，故被命名为分子梭.有趣的是，Stoddart是最早在文献中使用卡通表示化学结构的科学家之一，也是文献彩色化的推动者. ...
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... id="C6">与Sauvage师出超分子化学再开辟机械互锁分子领域不同，Stoddart早年学习糖化学，是天然产物有机化学家，博士后期间还曾独立撰写过《糖的立体化学》[22 ] ，独立后和早期的工作也是天然产物的立体化学，70年代中后期到80年代开始转为研究冠醚的主客体化学，并于80年代末期提出了给受体模板合成[23 , 24 ] (图3b ).1991年，Stoddart[25 ] 发表了一篇名为“A Molecular Shuttle”的文章，阐述了用给受体模板合成的、最早的、基于轮烷的分子机器.在这篇文章中合成的轮烷分子的轴上有两个等同的结合位点，室温下大环可以在两个位点间以约2000次每秒的速度往复运动，故被命名为分子梭.有趣的是，Stoddart是最早在文献中使用卡通表示化学结构的科学家之一，也是文献彩色化的推动者. ...
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... id="C6">与Sauvage师出超分子化学再开辟机械互锁分子领域不同，Stoddart早年学习糖化学，是天然产物有机化学家，博士后期间还曾独立撰写过《糖的立体化学》[22 ] ，独立后和早期的工作也是天然产物的立体化学，70年代中后期到80年代开始转为研究冠醚的主客体化学，并于80年代末期提出了给受体模板合成[23 , 24 ] (图3b ).1991年，Stoddart[25 ] 发表了一篇名为“A Molecular Shuttle”的文章，阐述了用给受体模板合成的、最早的、基于轮烷的分子机器.在这篇文章中合成的轮烷分子的轴上有两个等同的结合位点，室温下大环可以在两个位点间以约2000次每秒的速度往复运动，故被命名为分子梭.有趣的是，Stoddart是最早在文献中使用卡通表示化学结构的科学家之一，也是文献彩色化的推动者. ...
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... id="C7">分子本身一直处于环境热驱动的无规运动，早期的分子机器只是将这种无规运动限制在了一定的维度和空间中，比如分子梭将大环的无规运动限制在了一根轴上的两个等同结合位点之间.Sauvage[26 ] 和Stoddart[27 ] 于1994年分别独立地将刺激响应机制引入分子机器的设计中(图4 ) ，实现了外界条件对分子机器的控制.Sauvage利用邻二氮菲和联三吡啶对一价铜和二价铜结合能力的不同实现了氧化还原控制下索烃中一个环相对另一个环的摆动(图4a )，而Stoddart则利用联苯胺在质子化或氧化后不如联苯酚富电子实现了酸碱或氧化还原控制下轮烷中大环在轴上的平移运动(图4b ). ...
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... id="C7">分子本身一直处于环境热驱动的无规运动，早期的分子机器只是将这种无规运动限制在了一定的维度和空间中，比如分子梭将大环的无规运动限制在了一根轴上的两个等同结合位点之间.Sauvage[26 ] 和Stoddart[27 ] 于1994年分别独立地将刺激响应机制引入分子机器的设计中(图4 ) ，实现了外界条件对分子机器的控制.Sauvage利用邻二氮菲和联三吡啶对一价铜和二价铜结合能力的不同实现了氧化还原控制下索烃中一个环相对另一个环的摆动(图4a )，而Stoddart则利用联苯胺在质子化或氧化后不如联苯酚富电子实现了酸碱或氧化还原控制下轮烷中大环在轴上的平移运动(图4b ). ...
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... id="C8">如果说20世纪80年代以前是分子机器领域的黑暗时期，那20世纪90年代则终于迎来了黎明，Sauvage和Stoddart带来的可控的分子机器设计思路激励了不少科学家进入这个领域.比Sauvage和Stoddart年轻大约10岁的Feringa[28 ] 正是在这个时期开启了他关于分子马达的工作.1999年Feringa[29 ] 发表了一篇题为“Light-Driven Monodirectional Molecular Rotor”的文章，阐述其设计的分子马达在光照下经历两个烯烃顺反异构和两个热弛豫过程实现360度单向旋转的过程(图5 ) .其精心设计的大位阻烯烃和巧妙布置的立体构型位阻基团使得热弛豫成为不可逆的单向过程，确保了分子马达在光照下的单向转动. ...
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... id="C8">如果说20世纪80年代以前是分子机器领域的黑暗时期，那20世纪90年代则终于迎来了黎明，Sauvage和Stoddart带来的可控的分子机器设计思路激励了不少科学家进入这个领域.比Sauvage和Stoddart年轻大约10岁的Feringa[28 ] 正是在这个时期开启了他关于分子马达的工作.1999年Feringa[29 ] 发表了一篇题为“Light-Driven Monodirectional Molecular Rotor”的文章，阐述其设计的分子马达在光照下经历两个烯烃顺反异构和两个热弛豫过程实现360度单向旋转的过程(图5 ) .其精心设计的大位阻烯烃和巧妙布置的立体构型位阻基团使得热弛豫成为不可逆的单向过程，确保了分子马达在光照下的单向转动. ...
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... id="C9">如果把分子机器比作是乐高积木，可以说90年代科学家们发现了几块最基本的元件.而2000年以后，这个领域迎来了加速发展，科学家们在不断地发现新的积木，比如可以像肌肉那样伸展收缩的元件[30 , 31 ] ；同时优化已有的部件，比如通过结构微调实现了对分子马达转速甚至旋转方向的控制[32 -34 ] ；更重要的是科学家们需要想办法将这些零件组装成可以实现功能的机器，即为它们找到应用[35 ] .分子机器可以在两个层面实现自己的功能，一是微观层面通过分子机器的运行实现分子级别的操控，在分子层面上让分子机器完成任务[36 ] ；二是宏观层面将分子机器整合到功能材料设计中，通过分子机器的运行实现宏观材料性质的改变[37 , 38 ] ，这也是最近几年分子机器领域发展的主要方向.Feringa的分子马达可以算是连续发展最成功的分子机器体系之一，不但可以在微观层面驱动一辆纳米小车[39 ] ，甚至作为催化剂开关用同一个分子催化不同手性的产物生成[40 ] ，还可以驱动宏观物体[41 ] 甚至改变材料的形状[42 ] . ...
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... id="C9">如果把分子机器比作是乐高积木，可以说90年代科学家们发现了几块最基本的元件.而2000年以后，这个领域迎来了加速发展，科学家们在不断地发现新的积木，比如可以像肌肉那样伸展收缩的元件[30 , 31 ] ；同时优化已有的部件，比如通过结构微调实现了对分子马达转速甚至旋转方向的控制[32 -34 ] ；更重要的是科学家们需要想办法将这些零件组装成可以实现功能的机器，即为它们找到应用[35 ] .分子机器可以在两个层面实现自己的功能，一是微观层面通过分子机器的运行实现分子级别的操控，在分子层面上让分子机器完成任务[36 ] ；二是宏观层面将分子机器整合到功能材料设计中，通过分子机器的运行实现宏观材料性质的改变[37 , 38 ] ，这也是最近几年分子机器领域发展的主要方向.Feringa的分子马达可以算是连续发展最成功的分子机器体系之一，不但可以在微观层面驱动一辆纳米小车[39 ] ，甚至作为催化剂开关用同一个分子催化不同手性的产物生成[40 ] ，还可以驱动宏观物体[41 ] 甚至改变材料的形状[42 ] . ...
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... id="C9">如果把分子机器比作是乐高积木，可以说90年代科学家们发现了几块最基本的元件.而2000年以后，这个领域迎来了加速发展，科学家们在不断地发现新的积木，比如可以像肌肉那样伸展收缩的元件[30 , 31 ] ；同时优化已有的部件，比如通过结构微调实现了对分子马达转速甚至旋转方向的控制[32 -34 ] ；更重要的是科学家们需要想办法将这些零件组装成可以实现功能的机器，即为它们找到应用[35 ] .分子机器可以在两个层面实现自己的功能，一是微观层面通过分子机器的运行实现分子级别的操控，在分子层面上让分子机器完成任务[36 ] ；二是宏观层面将分子机器整合到功能材料设计中，通过分子机器的运行实现宏观材料性质的改变[37 , 38 ] ，这也是最近几年分子机器领域发展的主要方向.Feringa的分子马达可以算是连续发展最成功的分子机器体系之一，不但可以在微观层面驱动一辆纳米小车[39 ] ，甚至作为催化剂开关用同一个分子催化不同手性的产物生成[40 ] ，还可以驱动宏观物体[41 ] 甚至改变材料的形状[42 ] . ...
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... id="C9">如果把分子机器比作是乐高积木，可以说90年代科学家们发现了几块最基本的元件.而2000年以后，这个领域迎来了加速发展，科学家们在不断地发现新的积木，比如可以像肌肉那样伸展收缩的元件[30 , 31 ] ；同时优化已有的部件，比如通过结构微调实现了对分子马达转速甚至旋转方向的控制[32 -34 ] ；更重要的是科学家们需要想办法将这些零件组装成可以实现功能的机器，即为它们找到应用[35 ] .分子机器可以在两个层面实现自己的功能，一是微观层面通过分子机器的运行实现分子级别的操控，在分子层面上让分子机器完成任务[36 ] ；二是宏观层面将分子机器整合到功能材料设计中，通过分子机器的运行实现宏观材料性质的改变[37 , 38 ] ，这也是最近几年分子机器领域发展的主要方向.Feringa的分子马达可以算是连续发展最成功的分子机器体系之一，不但可以在微观层面驱动一辆纳米小车[39 ] ，甚至作为催化剂开关用同一个分子催化不同手性的产物生成[40 ] ，还可以驱动宏观物体[41 ] 甚至改变材料的形状[42 ] . ...
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... id="C9">如果把分子机器比作是乐高积木，可以说90年代科学家们发现了几块最基本的元件.而2000年以后，这个领域迎来了加速发展，科学家们在不断地发现新的积木，比如可以像肌肉那样伸展收缩的元件[30 , 31 ] ；同时优化已有的部件，比如通过结构微调实现了对分子马达转速甚至旋转方向的控制[32 -34 ] ；更重要的是科学家们需要想办法将这些零件组装成可以实现功能的机器，即为它们找到应用[35 ] .分子机器可以在两个层面实现自己的功能，一是微观层面通过分子机器的运行实现分子级别的操控，在分子层面上让分子机器完成任务[36 ] ；二是宏观层面将分子机器整合到功能材料设计中，通过分子机器的运行实现宏观材料性质的改变[37 , 38 ] ，这也是最近几年分子机器领域发展的主要方向.Feringa的分子马达可以算是连续发展最成功的分子机器体系之一，不但可以在微观层面驱动一辆纳米小车[39 ] ，甚至作为催化剂开关用同一个分子催化不同手性的产物生成[40 ] ，还可以驱动宏观物体[41 ] 甚至改变材料的形状[42 ] . ...
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... id="C9">如果把分子机器比作是乐高积木，可以说90年代科学家们发现了几块最基本的元件.而2000年以后，这个领域迎来了加速发展，科学家们在不断地发现新的积木，比如可以像肌肉那样伸展收缩的元件[30 , 31 ] ；同时优化已有的部件，比如通过结构微调实现了对分子马达转速甚至旋转方向的控制[32 -34 ] ；更重要的是科学家们需要想办法将这些零件组装成可以实现功能的机器，即为它们找到应用[35 ] .分子机器可以在两个层面实现自己的功能，一是微观层面通过分子机器的运行实现分子级别的操控，在分子层面上让分子机器完成任务[36 ] ；二是宏观层面将分子机器整合到功能材料设计中，通过分子机器的运行实现宏观材料性质的改变[37 , 38 ] ，这也是最近几年分子机器领域发展的主要方向.Feringa的分子马达可以算是连续发展最成功的分子机器体系之一，不但可以在微观层面驱动一辆纳米小车[39 ] ，甚至作为催化剂开关用同一个分子催化不同手性的产物生成[40 ] ，还可以驱动宏观物体[41 ] 甚至改变材料的形状[42 ] . ...
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... id="C9">如果把分子机器比作是乐高积木，可以说90年代科学家们发现了几块最基本的元件.而2000年以后，这个领域迎来了加速发展，科学家们在不断地发现新的积木，比如可以像肌肉那样伸展收缩的元件[30 , 31 ] ；同时优化已有的部件，比如通过结构微调实现了对分子马达转速甚至旋转方向的控制[32 -34 ] ；更重要的是科学家们需要想办法将这些零件组装成可以实现功能的机器，即为它们找到应用[35 ] .分子机器可以在两个层面实现自己的功能，一是微观层面通过分子机器的运行实现分子级别的操控，在分子层面上让分子机器完成任务[36 ] ；二是宏观层面将分子机器整合到功能材料设计中，通过分子机器的运行实现宏观材料性质的改变[37 , 38 ] ，这也是最近几年分子机器领域发展的主要方向.Feringa的分子马达可以算是连续发展最成功的分子机器体系之一，不但可以在微观层面驱动一辆纳米小车[39 ] ，甚至作为催化剂开关用同一个分子催化不同手性的产物生成[40 ] ，还可以驱动宏观物体[41 ] 甚至改变材料的形状[42 ] . ...
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... id="C9">如果把分子机器比作是乐高积木，可以说90年代科学家们发现了几块最基本的元件.而2000年以后，这个领域迎来了加速发展，科学家们在不断地发现新的积木，比如可以像肌肉那样伸展收缩的元件[30 , 31 ] ；同时优化已有的部件，比如通过结构微调实现了对分子马达转速甚至旋转方向的控制[32 -34 ] ；更重要的是科学家们需要想办法将这些零件组装成可以实现功能的机器，即为它们找到应用[35 ] .分子机器可以在两个层面实现自己的功能，一是微观层面通过分子机器的运行实现分子级别的操控，在分子层面上让分子机器完成任务[36 ] ；二是宏观层面将分子机器整合到功能材料设计中，通过分子机器的运行实现宏观材料性质的改变[37 , 38 ] ，这也是最近几年分子机器领域发展的主要方向.Feringa的分子马达可以算是连续发展最成功的分子机器体系之一，不但可以在微观层面驱动一辆纳米小车[39 ] ，甚至作为催化剂开关用同一个分子催化不同手性的产物生成[40 ] ，还可以驱动宏观物体[41 ] 甚至改变材料的形状[42 ] . ...
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... id="C9">如果把分子机器比作是乐高积木，可以说90年代科学家们发现了几块最基本的元件.而2000年以后，这个领域迎来了加速发展，科学家们在不断地发现新的积木，比如可以像肌肉那样伸展收缩的元件[30 , 31 ] ；同时优化已有的部件，比如通过结构微调实现了对分子马达转速甚至旋转方向的控制[32 -34 ] ；更重要的是科学家们需要想办法将这些零件组装成可以实现功能的机器，即为它们找到应用[35 ] .分子机器可以在两个层面实现自己的功能，一是微观层面通过分子机器的运行实现分子级别的操控，在分子层面上让分子机器完成任务[36 ] ；二是宏观层面将分子机器整合到功能材料设计中，通过分子机器的运行实现宏观材料性质的改变[37 , 38 ] ，这也是最近几年分子机器领域发展的主要方向.Feringa的分子马达可以算是连续发展最成功的分子机器体系之一，不但可以在微观层面驱动一辆纳米小车[39 ] ，甚至作为催化剂开关用同一个分子催化不同手性的产物生成[40 ] ，还可以驱动宏观物体[41 ] 甚至改变材料的形状[42 ] . ...
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... id="C9">如果把分子机器比作是乐高积木，可以说90年代科学家们发现了几块最基本的元件.而2000年以后，这个领域迎来了加速发展，科学家们在不断地发现新的积木，比如可以像肌肉那样伸展收缩的元件[30 , 31 ] ；同时优化已有的部件，比如通过结构微调实现了对分子马达转速甚至旋转方向的控制[32 -34 ] ；更重要的是科学家们需要想办法将这些零件组装成可以实现功能的机器，即为它们找到应用[35 ] .分子机器可以在两个层面实现自己的功能，一是微观层面通过分子机器的运行实现分子级别的操控，在分子层面上让分子机器完成任务[36 ] ；二是宏观层面将分子机器整合到功能材料设计中，通过分子机器的运行实现宏观材料性质的改变[37 , 38 ] ，这也是最近几年分子机器领域发展的主要方向.Feringa的分子马达可以算是连续发展最成功的分子机器体系之一，不但可以在微观层面驱动一辆纳米小车[39 ] ，甚至作为催化剂开关用同一个分子催化不同手性的产物生成[40 ] ，还可以驱动宏观物体[41 ] 甚至改变材料的形状[42 ] . ...
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... id="C10">过去发展的分子机器一大部分都是分子开关，即在外界条件改变时从旧的热力学最稳态运动到新的热力学最稳态，是热力学控制的分子机器，可以应用到诸如高密度存储器件[43 ] 和药物载体的纳米阀门[44 ] .和分子开关不同，分子马达则要求在外界能量的输入下能离开热力学最稳态，并在运行过程中将能量输入转化为对外做功，是动力学控制的分子机器(图6 ) .除了Feringa的分子马达外，Stoddart[45 ] 在2015年发表了题为“An Artificial Molecular Pump”的论文，阐述了一个精心设计的分子泵在氧化还原化学能输入的情况下将两个大环从低能态的溶液中强行拉到一条没有相互作用的长链上，实现了分子机器将热力学平衡态带到非平衡态的过程(图7 ) .利用分子机器研究热力学非平衡态化学将是未来分子机器发展的一个重要方向[46 ] . ...
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... id="C10">过去发展的分子机器一大部分都是分子开关，即在外界条件改变时从旧的热力学最稳态运动到新的热力学最稳态，是热力学控制的分子机器，可以应用到诸如高密度存储器件[43 ] 和药物载体的纳米阀门[44 ] .和分子开关不同，分子马达则要求在外界能量的输入下能离开热力学最稳态，并在运行过程中将能量输入转化为对外做功，是动力学控制的分子机器(图6 ) .除了Feringa的分子马达外，Stoddart[45 ] 在2015年发表了题为“An Artificial Molecular Pump”的论文，阐述了一个精心设计的分子泵在氧化还原化学能输入的情况下将两个大环从低能态的溶液中强行拉到一条没有相互作用的长链上，实现了分子机器将热力学平衡态带到非平衡态的过程(图7 ) .利用分子机器研究热力学非平衡态化学将是未来分子机器发展的一个重要方向[46 ] . ...
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... id="C10">过去发展的分子机器一大部分都是分子开关，即在外界条件改变时从旧的热力学最稳态运动到新的热力学最稳态，是热力学控制的分子机器，可以应用到诸如高密度存储器件[43 ] 和药物载体的纳米阀门[44 ] .和分子开关不同，分子马达则要求在外界能量的输入下能离开热力学最稳态，并在运行过程中将能量输入转化为对外做功，是动力学控制的分子机器(图6 ) .除了Feringa的分子马达外，Stoddart[45 ] 在2015年发表了题为“An Artificial Molecular Pump”的论文，阐述了一个精心设计的分子泵在氧化还原化学能输入的情况下将两个大环从低能态的溶液中强行拉到一条没有相互作用的长链上，实现了分子机器将热力学平衡态带到非平衡态的过程(图7 ) .利用分子机器研究热力学非平衡态化学将是未来分子机器发展的一个重要方向[46 ] . ...
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... id="C10">过去发展的分子机器一大部分都是分子开关，即在外界条件改变时从旧的热力学最稳态运动到新的热力学最稳态，是热力学控制的分子机器，可以应用到诸如高密度存储器件[43 ] 和药物载体的纳米阀门[44 ] .和分子开关不同，分子马达则要求在外界能量的输入下能离开热力学最稳态，并在运行过程中将能量输入转化为对外做功，是动力学控制的分子机器(图6 ) .除了Feringa的分子马达外，Stoddart[45 ] 在2015年发表了题为“An Artificial Molecular Pump”的论文，阐述了一个精心设计的分子泵在氧化还原化学能输入的情况下将两个大环从低能态的溶液中强行拉到一条没有相互作用的长链上，实现了分子机器将热力学平衡态带到非平衡态的过程(图7 ) .利用分子机器研究热力学非平衡态化学将是未来分子机器发展的一个重要方向[46 ] . ...
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... id="C11">今年诺贝尔化学奖颁布后，年轻一代中的分子机器领军人物Leigh[47 ] 如此感叹：“这个诺贝尔奖不是颁给治愈癌症(还没有)，也不是颁给神奇的材料(还没有)，亦不是颁给从太阳富集能量(还没有).这是一次颁给巨大科学创造力的诺贝尔奖，这是一次颁给鼓舞人心的科学的诺贝尔奖，这是一次颁给让你梦想‘如果’的科学的诺贝尔奖！这是一个关于未来能带来什么并呼吁人们接受挑战的诺贝尔奖！费曼一定会批准的！”确实，当下分子机器还没有真正找到大规模的实际应用来改变人类的生活，但是我们不得不承认分子机器将人类的眼界和思维带到了另一个维度，在未来这也许会带给人类无限可能[48 ] ！重视基础科学，这正是瑞典皇家科学院想要传达的主旨. ...
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... id="C11">今年诺贝尔化学奖颁布后，年轻一代中的分子机器领军人物Leigh[47 ] 如此感叹：“这个诺贝尔奖不是颁给治愈癌症(还没有)，也不是颁给神奇的材料(还没有)，亦不是颁给从太阳富集能量(还没有).这是一次颁给巨大科学创造力的诺贝尔奖，这是一次颁给鼓舞人心的科学的诺贝尔奖，这是一次颁给让你梦想‘如果’的科学的诺贝尔奖！这是一个关于未来能带来什么并呼吁人们接受挑战的诺贝尔奖！费曼一定会批准的！”确实，当下分子机器还没有真正找到大规模的实际应用来改变人类的生活，但是我们不得不承认分子机器将人类的眼界和思维带到了另一个维度，在未来这也许会带给人类无限可能[48 ] ！重视基础科学，这正是瑞典皇家科学院想要传达的主旨. ...
