特殊的拓扑结构对于聚合物的力学性能十分重要。轮烷，因其独特的机械互锁结构使其环状部分能够沿着轴运动，这种独特的运动机制非常适合于聚合物网络的能量耗散。另一方面，可逆的环状结构使聚合物链在力的作用下释放预先储备的链段同样有助于提升材料的韧性。将准[1]轮烷这种自互锁类环状拓扑结构引入到聚合物主链中，能够很好地实现这两种运动机制，增强聚合物材料的力学性能。

但是，由于合成步骤与稳定性的约束，目前利用轮烷结构调控聚合物的力学性能主要是采用[2]轮烷，将准[1]轮烷引入到聚合物主链中仍然面临挑战。最近，杭州师范大学李世军教授团队通过合理的设计，在柱芳烃准[1]轮烷中同时引入羟基与氨基，并利用它们构筑了基于柱芳烃准[1]轮烷的聚氨酯弹性体，聚合物主链上准[1]轮烷的引入明显增强了弹性体的力学性能。

柱芳烃作为一种新型超分子大环被广泛应用于智能材料和生物医药等领域。在柱芳烃的酰胺类衍生物中，酰胺基团的NH能够与甲氧基上的氧原子形成N–H···O分子内氢键，使柱芳烃通过自络合形成准[1]轮烷。此外，轮轴上的羟基、氨基和脲基团也能够与甲氧基的氧原子形成分子内氢键，进一步稳定自络合结构。

基于此，作者在柱芳烃合成前驱体上同时引入烯丁基与酯键，制备得到柱芳烃后，通过酯的氨解构筑柱芳烃酰胺准[1]轮烷，并利用烯烃的S-click反应引入羟基，最终得到同时带氨基与羟基的准[1]轮烷（图1）。随后，将柱芳烃准[1]轮烷与丁二醇一起与异氰酸酯封端的聚四氢呋喃反应，制备得到主链含有准[1]轮烷的聚氨酯弹性体（图2）。

实验表明，基于柱芳烃准[1]轮烷构筑的聚氨酯弹性体具有良好的可见光透过率。准[1]轮烷的引入赋予聚氨酯主链特殊的类环状自互锁拓扑结构，增强了弹性体的力学性能（拉伸强度：17.26 MPa， 韧性：138.76 MJ/m³）（图3）。

在该工作中，李世军教授团队利用合理的分子设计，制备得到了主链含有准[1]轮烷的聚氨酯弹性体，并探究了这种弹性体的结构-性能关系。这项工作为设计与开发具有特殊拓扑结构的高性能智能材料提供了新的思路。

Polyurethane Elastomers Strengthened by Pseudo[1]rotaxanes Based on Pillararenes

Lang He, Jialin Wei, Zhiqiang Ren, Dr. Yunxia Li, Dr. Zibin Zhang, Dr. Guangfeng Li, Prof. Dr. Feihe Huang, Prof. Dr. Shijun Li

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202421557