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EIN catenaan ist eine Verbindung von zwei oder mehr ringförmigen oder makrozyklische Moleküle, die ineinander greifen. Es gibt kein kovalente Bindung zwischen den Molekülen, aber mit einer mechanischen Bindung. Der Begriff catenaan ist abgeleitet von der Latein Wort catena (Kette). Schließlich ähneln die Moleküle in einem Catenan den Gliedern einer Kette. Der Begriff wurde von E. Wasserman vorgeschlagen, der 1960 die erste Synthese eines Catenans veröffentlichte.[1]
Nomenklatur
Die Anzahl der zyklischen Moleküle in einem Catenan steht in eckigen Klammern vor dem Wort catenaan. Das einfachste Catenan ist ein [2]Catenan, bei dem die beiden Moleküle im chemischen Äquivalent von a . miteinander verbunden sind Hopf-Schalter, wo sie sich einmal kreuzen. Es wurden jedoch auch komplexere Catenane synthetisiert, wie z Salomon-Knoten wo sich zwei Moleküle zweimal kreuzen, oder a Davidstern-Konfiguration wo sie sich dreimal schneiden.[2]
Olympiade ist ein [5]Catenan, das aus fünf makrozyklischen Molekülen besteht, die eine Kette von fünf Gliedern bilden wie die fünf Ringe auf dem Olympische Flagge.
Synthese
Es gibt zwei Arten der Synthese von Catenanen: den statistischen Ansatz und die gerichtete Synthese oder Selbstorganisation. Der statistische Ansatz basiert auf dem Zufall: Wenn die Cyclisierung oder Ringschluss einer linearen Molekül bis ein makrocyclisches Molekül in Gegenwart einer anderen makrocyclischen Verbindung auftritt, besteht statistisch eine geringe Chance, dass diese Reaktion zu einem Catenan führt. Aber weil diese Chance so gering ist, ist auch die Ausbeute solcher Reaktionen gering. Diese Methode ist daher vor allem von historischer Bedeutung. Die erste Catenansynthese, veröffentlicht von Wasserman, folgte diesem Weg. Er führte eine Cyclisierung eines langen diester in Anwesenheit von a Cycloalkan mit 34 Kohlenstoffatomen. Die Catenan-Ausbeute betrug etwa 1%.
Selbstorganisation ist die spontane und reversible Bildung von Molekülen oder Ionen zu größeren, komplexen supramolekularen Einheiten basierend auf intrinsischen Informationen, die in den Molekülen selbst enthalten sind.[3] Es nutzt nicht-kovalente Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrücken, Donor-Akzeptor-Bindungen oder Coulomb-Interaktionen um die Vorläufer der Catenane in einer gewünschten Position relativ zueinander, bevor die Ringbildung auftritt. Auf diese Weise können Ausbeuten von über 90 % erzielt werden. Der Begriff wird auch verwendet templatgesteuerte Synthese (Templat-gerichtete Synthese) für solche Synthesen.
Selbstmontage verwendet oft a Pseudorotaxan, das aus einem linearen Molekül besteht, das von einem makrocyclischen Molekül umgeben ist, das z. B. von a . gehalten wird Donor-Akzeptor-Bindung zwischen den beiden Molekülen. Die Teile der beteiligten Moleküle heißen Erkennungsseiten. Die Cyclisierung des linearen Moleküls führt dann zu einem Catenan. Anzumerken ist, dass aus dem gleichen Pseudorotaxan auch ein Rotaxan gebildet werden kann, wenn an den Enden des linearen Moleküls sogenannte Stopper angebracht werden, voluminöse Gruppen, die ein Abgleiten des makrocyclischen Moleküls vom linearen Molekül verhindern.
Eigenschaften und (potenzielle) Anwendungen
Da es keine kovalente Bindung zwischen den Molekülen in einem Catenan gibt, besteht die Möglichkeit, dass diese Moleküle relativ zueinander rotieren. Dies kann unter dem Einfluss eines externen Stimulus wie einer Temperaturänderung oder einer Temperaturänderung stehen elektrische Spannung.
Darauf basiert eine mögliche Anwendung von Catenanen, insbesondere als molekularer Schalter. Wenn eines der beiden Moleküle zwei hat Erkennungsseiten Ein externer Stimulus, beispielsweise eine elektrische Spannung, kann dazu führen, dass sich das Molekül so dreht, dass die Donor-Akzeptor-Bindung von einer Stelle zur anderen springt.[5] Dies eröffnet die Möglichkeit, Catenane (und Rotaxane) in Nanoelektronische Schaltungen und Computerspeicher.[6]
Siehe auch
Quellen, Anmerkungen und/oder Verweise
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