Ein rotaxane ist eine mechanisch ineinandergeschachtelte molekulare Architektur, die aus dem gestalteten Molekül eines "Dummkopfs" besteht, das durch einen "Makrozyklus" eingefädelt wird (sieh grafische Darstellung). Der Name wird aus dem Latein für das Rad (abwechselnder Dienst) und Achse (Achse) abgeleitet. Die zwei Bestandteile eines rotaxane werden kinetisch gefangen, da die Enden des Dummkopfs (häufig genannt Pfropfen) größer sind als das innere Diameter des Rings und der Bestandteile (uneinfädelnde) Verfremdung verhindern, da das bedeutende Verzerrung der covalent Obligationen verlangen würde.

Viel von der Forschung bezüglich rotaxanes und anderer mechanisch ineinandergeschachtelter molekularer Architekturen, wie catenanes, ist auf ihre effiziente Synthese eingestellt worden. Jedoch sind Beispiele von rotaxane in biologischen Systemen gefunden worden einschließlich: Cystine-Knoten peptides, cyclotides oder Lasso-peptides wie microcin J25 sind Protein und eine Vielfalt von peptides mit dem rotaxane Unterbau.

Synthese

Die frühste berichtete Synthese eines rotaxane 1967 hat sich auf die statistische Wahrscheinlichkeit dass verlassen, wenn zwei Hälften eines Moleküls in der Form von des Dummkopfs in Gegenwart von einem Makrozyklus reagiert wurden, den ein kleiner Prozentsatz durch den Ring verbinden würde. Um eine angemessene Menge von rotaxane zu erhalten, wurde der Makrozyklus einer fest-phasigen Unterstützung beigefügt und mit beiden Hälften des Dummkopfs 70mal behandelt und hat sich dann von der Unterstützung getrennt, um einen 6-%-Ertrag zu geben. Jedoch ist die Synthese von rotaxanes bedeutsam vorwärts gegangen, und effiziente Erträge können durch das Vororganisieren der Bestandteile erhalten werden, die das Wasserstoffabbinden, die Metallkoordination, die hydrophoben Kräfte, covalent Obligationen oder coulombic Wechselwirkungen verwerten. Die drei allgemeinsten Strategien, rotaxane zu synthetisieren, "bedecken" "Ausschnitt" und "das Gleiten", obwohl andere wirklich bestehen. Kürzlich, Leigh u. a. beschrieben ein neuer Pfad zu mechanisch ineinandergeschachtelten Architekturen, die mit einem mit dem Übergang metallenen Zentrum verbunden sind, das eine Reaktion durch die Höhle eines Makrozyklus katalysieren kann.

Das Bedecken

Die Synthese über die Bedecken-Methode verlässt sich stark auf eine thermodynamisch gesteuerte Schablone-Wirkung; das ist der "Faden" wird innerhalb des "Makrozyklus" durch non-covalent Wechselwirkungen gehalten. Dieser dynamische Komplex oder pseudorotaxane werden dann zum rotaxane durch das Reagieren der Enden des Gewindegasts mit großen Gruppen umgewandelt, die Verfremdung verhindern.

Ausschnitt

Die Ausschnitt-Methode ist der Bedecken-Reaktion ähnlich, außer dass in diesem Fall sich der Dummkopf geformt hat, ist Molekül abgeschlossen und wird zu einem teilweisen macrocyle gebunden. Der teilweise Makrozyklus erlebt dann einen Ring die Schlussreaktion um den Dummkopf hat Molekül gestaltet, das den rotaxane bildet.

Das Gleiten

Die Methode zu gleiten ist diejenige, die die kinetische Stabilität des rotaxane ausnutzt. Wenn die Endgruppen des Dummkopfs eine passende Größe sind, wird er im Stande sein, durch den Makrozyklus bei höheren Temperaturen umkehrbar einzufädeln. Durch das Abkühlen des dynamischen Komplexes wird es kinetisch gefangen als ein rotaxane bei der niedrigeren Temperatur.

"Aktive Schablone" Methodik

Leigh u. a. kürzlich hat begonnen, eine Strategie zu erforschen, in der Schablone-Ionen auch eine aktive Rolle in der Förderung der entscheidenden covalent Endband-Formen-Reaktion spielen konnten, die die ineinandergeschachtelte Struktur gewinnt (d. h. das Metall hat eine Doppelfunktion, als eine Schablone handelnd, für die Vorgänger zu umschlingen und covalent Band-Bildung zwischen dem zu katalysieren

Reaktionspartner).

Potenzielle Anwendungen

Molekulare Maschinen

Mit Sitz in Rotaxane molekulare Maschinen sind von anfänglichem Interesse für ihren potenziellen Gebrauch in der molekularen Elektronik als molekulare Logikkoppelglieder und als molekulare Pendelbusse gewesen. Diese molekularen Maschinen basieren gewöhnlich auf der Bewegung des Makrozyklus auf dem Dummkopf. Der Makrozyklus kann um die Achse des Dummkopfs wie ein Rad und Achse rotieren, oder es kann entlang seiner Achse von einer Seite bis einen anderen gleiten. Das Steuern der Position des Makrozyklus erlaubt dem rotaxane, als molekularer Schalter mit jeder möglichen Position des Makrozyklus entsprechend einem verschiedenen Staat zu fungieren. Diese rotaxane Maschinen können sowohl durch chemische als auch fotochemische Eingänge manipuliert werden. Rotaxane hat Systeme gestützt sind auch als molekulare Muskeln demonstriert worden. 2009 gab es einen Bericht eines "Dominoeffekts" von einem äußerstem Ende bis anderen in einer Glycorotaxane Molekularen Maschine. In diesem Fall können der C oder die C stuhlähnliche Angleichung des mannopyranoside Pfropfens abhängig von der Lokalisierung des Makrozyklus kontrolliert werden.

Ultrastabile Färbemittel

Die potenzielle Anwendung als andauernde Färbemittel basiert auf der erhöhten Stabilität des inneren Teils des gestalteten Moleküls des Dummkopfs. Studien mit cyclodextrin haben rotaxane azo geschützt Färbemittel haben diese Eigenschaft gegründet. Wie man auch gezeigt hat, haben mehr reaktive Squaraine-Färbemittel Stabilität durch das Verhindern nucleophilic des Angriffs der inneren squaraine Hälfte erhöht. Der erhöhte stabilities von Rotaxane-Färbemitteln wird zur Isolieren-Wirkung des Makrozyklus zugeschrieben, der im Stande ist, Wechselwirkungen mit anderen Molekülen zu blockieren.

Nanorecording

In einer nanorecording Anwendung wird ein bestimmter rotaxane abgelegt, weil ein Langmuir-Blodgett Film auf ITO Glas angestrichen hat. Wenn eine positive Stromspannung mit dem Tipp einer Abtastung tunneling Mikroskop-Untersuchung angewandt wird, schalten die Rotaxane-Ringe im Tipp-Gebiet auf einen verschiedenen Teil des Dummkopfs um, und die resultierende neue Angleichung lässt die Moleküle von der Oberfläche durch 0.3 Nanometer hervorstehen, und dieser Höhe-Unterschied erweist sich, für einen Speicherpunkt genügend zu sein. Es ist noch nicht möglich, solch einen nanorecording Film zu löschen.

Nomenklatur

Akzeptierte Nomenklatur soll die Zahl von Bestandteilen des rotaxane in Klammern als ein Präfix benennen. Deshalb würde die grafische Darstellung von rotaxane, der oben gezeigt ist [2] rotaxane sein, weil es aus einem einzelnen Dummkopf und einem einzelnen Makrozyklus besteht.

Siehe auch

• Catenane
• Mechanisch ineinandergeschachtelte molekulare Architektur
• Molekularer Borromean ruft an
• Molekulare Knoten