第一作者：Min Zhang

通訊作者：David A. Leigh, Guillaume De Bo

通訊單位：?華東師范大學、曼徹斯特大學

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分子結和糾纏在生物和合成聚合物鏈中隨機且自發(fā)形成。眾所周知，宏觀材料，如繩索，會因結的存在而顯著減弱，但迄今為止，尚不清楚類似行為是否會在分子層面發(fā)生。

本研究展示了在聚合物鏈中存在一個明確定義的過手結（overhand knot），在溶液中拉伸時顯著增加了聚合物的斷裂速率（至少快2.6倍），因為結的收緊引起的聚合物骨架變形激活了原本惰性的共價鍵。切斷打結鏈時形成的碎片不同于類似但未打結的聚合物斷裂時產(chǎn)生的碎片。

溶液研究提供了實驗證據(jù)，證明結扎可以促進聚合物的機械斷裂率提高。這也表明，糾纏設計可以用來生成迄今為止描述的最反應性機械敏感分子結構，為提高其他惰性功能團的反應性提供了機會。

圖文導讀

圖1 |?機械剪切過程中過手結（三葉結）的動態(tài)變化。

圖2 |?鏈中心結1、門2和線性配體3的機械活化過程。

圖3?|?提供了計算分析，展示了過手結在機械剪切過程中的模擬。

總結展望

本研究揭示了分子結在分子尺度上對聚合物機械強度的顯著影響。實驗結果表明，分子結的存在顯著增加了聚合物在拉伸狀態(tài)下的斷裂速率，至少比未打結的聚合物快2.6倍。

通過超聲處理聚合物溶液，研究了聚合物鏈中心的結、門控單元和線性配體的解離速率。通過核磁共振（NMR）和高分辨率質(zhì)譜確認了Diels-Alder門的斷裂，并嘗試分離了斷裂后的片段，以確定增強反應性的斷裂點。

計算模擬進一步洞察了斷裂過程，顯示了在最大變形狀態(tài)下的分子結構變化，并指出了斷裂的C-O鍵。這項工作不僅提供了分子結可能對高分子量和其他打結聚合物的機械強度內(nèi)在不利影響的實驗證據(jù)，而且展示了分子結作為機械敏感分子結構的巨大潛力，為設計新型機械響應材料提供了新的思路。

文獻信息

標題：Mechanical scission of a knotted polymer

期刊：Nature Chemistry