Donor-acceptor (DA) π-interactions are weak attractive forces that are exploited widely in molecular and supramolecular chemistry. They have been characterized extensively by ensemble techniques, providing values for their energies that are useful for the design of soft materials. For implementation of motions or operations based on these DA π-interactions in wholly synthetic molecular machines, the mechanical strength and force associated with their out-of-equilibrium performance are the key parameters, in addition to their energies obtained at thermodynamic equilibrium. In this context, we have used single-molecule force spectroscopy as a nonequilibrium technique to determine the mechanical strength of individual DA π-interactions in solution. We designed and synthesized a molecular tweezer that is able to encapsulate π-donors and also demonstrated a precise opening extension. The mechanical breaking of the noncovalent interactions between viologen units-π-acceptors commonly employed in mechanically interlocked molecules-and several π-donors afforded a characteristic force-distance signature, revealing the opening of individual viologen tweezers with an unambiguous extension. Single-tweezer host-exchange experiments performed in situ demonstrated the sensitivity of the technique. This simple design could be exploited in quantifying the force of a large range of weak noncovalent bonding interactions as well as the potential work that molecular machines can generate at the single-molecule level.

中文翻译：

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Viologen 镊子探测个体供体 - 受体 π 相互作用的力量

供体-受体 (DA) π 相互作用是在分子和超分子化学中被广泛利用的弱吸引力。它们已被集成技术广泛表征，为它们的能量提供了可用于软材料设计的值。为了在全合成分子机器中实现基于这些 DA π 相互作用的运动或操作，除了在热力学平衡时获得的能量之外，与其不平衡性能相关的机械强度和力是关键参数。在这种情况下，我们使用单分子力谱作为一种非平衡技术来确定溶液中单个 DA π 相互作用的机械强度。我们设计并合成了一种分子镊子，它能够封装 π 供体，并展示了精确的开口延伸。机械互锁分子中常用的紫精单元-π-受体和几个π-供体之间的非共价相互作用的机械破坏提供了特征性的力-距离特征，揭示了单个紫精镊子的开口具有明确的延伸。原位进行的单镊子宿主交换实验证明了该技术的敏感性。这种简单的设计可用于量化大范围的弱非共价键相互作用的力，以及分子机器在单分子水平上产生的潜在功。机械互锁分子中常用的紫精单元-π-受体和几个π-供体之间的非共价相互作用的机械破坏提供了特征性的力-距离特征，揭示了单个紫精镊子的开口具有明确的延伸。原位进行的单镊子宿主交换实验证明了该技术的敏感性。这种简单的设计可用于量化大范围的弱非共价键相互作用的力，以及分子机器在单分子水平上产生的潜在功。机械互锁分子中常用的紫精单元-π-受体和几个π-供体之间的非共价相互作用的机械破坏提供了特征性的力-距离特征，揭示了单个紫精镊子的开口具有明确的延伸。原位进行的单镊子宿主交换实验证明了该技术的敏感性。这种简单的设计可用于量化大范围的弱非共价键相互作用的力，以及分子机器在单分子水平上产生的潜在功。以明确的延伸显示单个紫罗碱镊子的开口。原位进行的单镊子宿主交换实验证明了该技术的敏感性。这种简单的设计可用于量化大范围的弱非共价键相互作用的力，以及分子机器在单分子水平上产生的潜在功。以明确的延伸显示单个紫罗碱镊子的开口。原位进行的单镊子宿主交换实验证明了该技术的敏感性。这种简单的设计可用于量化大范围的弱非共价键相互作用的力，以及分子机器在单分子水平上产生的潜在功。