机械互锁分子（MIMs）的精准构筑与拓扑调控是超分子化学与材料科学的前沿研究方向。传统环中环（ring-in-ring）类超分子结构主要依靠范德华力或少量氢键维持，稳定性差、易解离，严重限制其结构与功能应用。在前期工作基础上，复旦大学金国新教授团队受中国传统榫卯结构启发，通过配位驱动自组装策略，成功设计并合成了结构稳定的Pseudo-Mortise-and-Tenon-Type Molecules（类榫卯型）分子，并通过精细调控有机桥联配体的折叠角度与臂长，实现了向分子8字结、金属[2]索烃的定向拓扑转化，为复杂机械互锁分子的可控合成提供了全新思路。
图1. 伪榫卯型分子的组装过程
该团队以双核半夹心结构单元Cp*RhIII/Cp*IrIII为构筑基元，与精心设计的二齿吡啶类桥联配体自组装，首先得到结构新颖的类榫卯型分子Rh-1和Ir-1。晶体结构表明，该体系以环中环骨架形成的特征空腔为“卯眼（mortise）”，一维线性桥联配体为“榫头（tenon）”，二者精准嵌合形成密集且连续的π–π堆积作用与大范围范德华接触，显著提高分子解离能垒，从根本上解决了传统环中环结构稳定性不足的难题。Rh-1晶体结构中观察到六重π–π堆积（3.45–3.81 Å），是维持拓扑结构稳定的关键。另外，相应的拓扑结构也通过X-射线单晶衍射测试得到了证明。
图2. (a) 类榫卯型分子Rh-1的合成路线：双核前体E1与配体L1在室温下反应得到深蓝色晶体。(b) 单晶X射线衍射结果证实典型伪榫卯拓扑结构，空腔与配体链精准嵌合。(c) 1H DOSY NMR 显示单一组分扩散系数 D =1.81×10−6 cm2 s−1，证明溶液中单分散性。(d) 空间填充模型展示分子整体形貌。(e) 结构中存在六重π–π堆积作用（3.45–3.81 Å），是稳定性的关键来源。
此外，研究借助原位ESI-TOF-MS与1H DOSY NMR实时追踪组装过程，清晰揭示分步组装机理：反应初期形成四核金属环中间体，随后逐步组装为八核环中环结构，最终形成稳定的类榫卯型拓扑产物。该路径为理解超分子自组装的演化规律提供了直接实验证据。
图3. 原位ESI-TOF-MS实时监测组装过程
这一工作将宏观榫卯结构理念创新性引入分子尺度，提出Pseudo-Mortise-and-Tenon-Type Molecules（类榫卯型）分子新结构，显著提升环中环类超分子的稳定性；同时建立了“配体参数-拓扑结构-稳定性”的精准调控方法，实现伪榫卯分子、分子8字结、金属[2]索烃三类拓扑结构的选择性合成。该策略为设计高稳定性、多功能复杂机械互锁分子提供了通用、高效的新途径，也为分子机器、智能响应材料等领域的发展奠定重要基础。
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society上，文章的第一作者是复旦大学博士研究生汤海同、邹艳。
Selective Construction of Pseudo-Mortise-and-Tenon-Type Molecules
Haitong Tang, Yan Zou, Guo-Xin Jin*
J. Am. Chem. Soc.,2026, DOI:10.1021/jacs.6c06545
（来源：网络版权属原作者 谨致谢意）
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