Sammankopplade molekylära arter har fått stor uppmärksamhet nyligen, inte bara på grund av deras spännande strukturer och topologiska betydelse, men också på grund av deras viktiga tillämpningar som molekylära maskiner och enheter i nanoskala. Dra nytta av den reversibla samordningsförbindelsen, någon komplicerad sammankopplad struktur skulle kunna realiseras med hög avkastning, processer i ett steg, till exempel, [2]katenaner och Salomonknuta. Molecular Borromean-ringar (BRs) är [3]catenanes topoisomerer där ingen av de ingående ringarna är kopplade, men kan inte heller separeras utan att en av ringarna bryts (fig. 1). Linjära [3]katenaner är ett annat fascinerande sammankopplat motiv med tre ringar. Flera effektiva metoder för konstruktion av organiska linjära [3]catenaner har presenterats. Dock, de genomförbara strategierna för syntes av organometalliska linjära metalla[3]catenaner baserade på koordinationsdriven självmontering är fortfarande mycket sällsynta. Bortom linjära [3]katenaner, ring-i-ring-komplex är också ett mycket sällsynt strukturellt motiv, som kan betraktas som understrukturer till företagsförteckningar och viktiga mellanprodukter för utarbetande av företagsförteckningar. Nyligen, Du Lu, Dong Liu, Yue-Jian Lin, Zhen-Hua Li och Guo-Xin Jin från Fudan University (Shanghai, Kina) gjorde spännande framsteg och utvecklade självmontering av metalla[3]katenaner, Borromeanska ringar och ring-in-ring-komplex med en enkel π-donatorenhet.

På grund av svavelatomens stora elektronmoln, S-innehållande heterocykliska föreningar uppvisar vanligtvis starkare staplingsinteraktioner än polycykliska aromatiska föreningar under liknande förhållanden. För att förbättra staplingsinteraktionerna, bitiofenylgrupper användes som byggstenar för att ersätta de allmänt använda fenylengrupperna eller polycykliska aromatiska grupperna. Under tiden, elektrostatiska interaktioner mellan elektronrika (π-donator, D) och elektronbrist (π-acceptor, A) aromatiska grupper är viktiga drivkrafter i värd-gästkemi. Metallrektanglar eller burar baserade på koordinerande självmontering bär vanligtvis flera positiva laddningar. På grund av Coulombisk avstötning, denna typ av metallrektanglar eller burar är mer lämpade för kombination med elektronneutrala eller elektronrika gäster än med elektronfattiga katjoner, och att övervinna den Coulombiska repulsionen mellan en katjonisk gäst och en katjonisk värd är fortfarande en utmaning. Bitiofenylgrupper är starka D-enheter, sålunda kan deras introduktion i metallrektanglar leda till stark interaktion mellan D-enheter och A-enheter, vilket är en lovande strategi för att övervinna Coulombic repulsion och potentiellt tillåta introduktion av en positivt laddad katjon inuti en positivt laddad katjonisk metallrektangel. Efter denna logik, om en katjon med elektronbrist kunde införas i en katjonisk metallrektangel genom att dra fördel av starka D-A-interaktioner, det skulle också vara möjligt att trä en katjonisk metallrektangel baserad på A-enheter inuti en metallrektangel baserad på D-enheter, för att erhålla ett heterogent D-A ring-i-ring-komplex.

I det här arbetet, en serie Cp*Rh-baserade (Cp* =pentametylcyklopentadienyl) homogena metalla[2]catenaner, såväl som linjär metalla[3]catenaner och BRs struktur realiserades genom användning av byggstenar baserade på bitiofenylgrupper, en enkel π-donatorenhet. Bitiofenylgrupper spelar en avgörande roll i bildandet av de homogena sammankopplade strukturerna, nämligen att förstärka styrkan hos inter-ringinteraktionerna. Genom att dra fördel av starka elektrostatiska interaktioner mellan D- och A-enheter, den elektrondefekta metylviologenkatjonen användes som gästmolekyl för att realisera reversibel omvandling mellan en [2]catenaner och en monomer rektangel. Vidare, en katjonisk metallrektangel baserad på A-enheter träddes in i en metallrektangel baserad på bitiofenylgrupper, leder till ett heterogent ring-i-ring-komplex. Denna metod för att bilda ring-i-ring-komplex utökades med användning av en metallrektangel baserad på pyrenylgrupp.

Dessa fynd kommer att hjälpa förståelsen av koordinationssjälvmontering och främja området för organometalliska sammansättningar.