Molekulare Maschinen Rotoren und Motoren: molecular ratchets
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Engineering is the discipline, art, skill, profession, and technology
of acquiring and applying scientific, mathematical, economic, social,
and practical knowledge, in order to design and build structures,
machines, devices, systems, materials and processes (Wikipedia).
Kann man die Maßstäbe der Technik auf Moleküle übertragen?
Molekulare Maschinen
Rotoren und Motoren: molecular ratchets
Photochromie und Stereochemie
Energie und gerichtete Bewegung
Synthese Nano-Auto
Armin Geyer
Fachbereich Chemie
SS 2018
Philipps-Universität Marburg
http://www.uni-marburg.de/fb15/ag-geyer
Photoisomerisierung
T. Bach
A Geyer OC8 2018
Xylopyridine A
Die E/Z-Isomerisierung des Naturstoffs hat
nur eine geringe Aktivierungsbarriere
(Koaleszenz 1H-NMR 500 MHz, Fig. 2 bei ca.
50°C). Es wird nur das Gleichgewicht
zwischen den beiden E/Z folded-Isomeren
beobachtet. Die twisted–Konformere spielen
keine Rolle.
A Geyer OC8 2018
Feringa-Rotor Ein unidirektionaler Rotor Cyclopentanyliden ist der „Rotor“ Thioxanthen ist der „Stator“
Feringa-Rotor Bezeichnung: E/Z anstatt trans/cis
Feringa-Motor: Molecules with a
preferred direction of double bond
isomerisation = one direction of
rotation.
A Geyer OC8 2018
Das Nano-Auto mit Vierradantrieb
doi:10.1038/nature10587
Synthese: Zwei identische Bauteile werden über terminale
Alkine durch Glaser-Kupplung miteinander verknüpft.
Um in eine Richtung zu fahren, braucht man zwei
Paar Räder mit entgegengesetzter Drehrichtung.
Jedes Rad ist ein eigener Motor
4 Chromophore = 4 Motoren (bzw. 4 PS)
Symmetrie von Radkappen: Was stimmt an
den rechten vier nicht? Wohin fährt das Nano-Auto, wenn folgende Rotoren
verbaut sind:
vorne S,S hinten R,R?
vorne S,S hinten S,S ?
A Geyer OC8 2018
Stereochemische Aspekte
doi:10.1038/nature10587
A Geyer OC8 2018
doi:10.1038/nature10587 Carbazol
doi:10.1038/nature10587
Ullman-artige N-Arylierung,
Sonogashira und Glaser-
Kupplung: Alles mit Cu+.
Könnte man das mittlere
Gestänge (-phenyl-alkinyl-
alkinyl-phenyl-) evtl. auch
einfacher aufbauen?1. Das Molekül muss auf einer Oberfläche
abgelegt werden STM scanning tunneling microscopy
Rastertunnelmikroskop löst alle drei
2. Es muss die Energie zur Isomerisierung Probleme auf einmal
der Doppelbindung aufnehmen
3. Beobachtung: Wie schnell fährt es und
wohin?
A Geyer OC8 2018Nanocar mit
einem Motor
und runden p-Carboran-Räder, da C60-Räder die
Rädern Photoisomerisierung quenchen.
p-Carboran-
Räder:
C2B10H12
Triisopropylsilylacetylene (TIPSA), was reacted with dibromide 9. In a
mixture of 6:1 NEt3/THF as base and solvent, the Sonogashira
coupling smoothly gave TIPS-protected bisacetylene motor 10 in
excellent yield. Compound 10 was deprotected using TBAF,
producing dialkyne 11 in quantitative yield. Sonogashira coupling was
used between dialkyne 11 and previously reported axle 12 using
Pd(PPh3)4 and CuI as catalysts to produced nanocar 2 in moderate
yield. Therefore, we tried a more convergent synthetic pathway
(Scheme 2, route II) by utilizing Sonogashira coupling between motor
9 and alkynylated axle 13 by applying conditions analogous to those
for the synthesis of 10.
A Geyer OC8 2018Drivers gear up for world’s first nanocar race Chemists will navigate molecular wagons along a tiny golden track. 19 April 2017
Nobel prize 2016: "for the design and synthesis of molecular machines“
Catenane Rotaxane double bond isomerism
Rearrangement of chemical
topology, Coulomb repulsion Chiral rotation!
Kinetically trapped
Thermodynamically driven intermediates!
redox cycles
Only this molecule can be
No directinality of rotation called a molecular rotor
http://www.compoundchem.com
A Geyer OC8 2018“That diversity of purpose is how it should be. For at the root of the impulse to build molecules is a deep,
cherished belief that arguably distinguishes chemistry from other sciences: that there is an art in making
worth nurturing for its own sake.”
Zweckbestimmte Synthese: Wirkstoffe und Werkstoffe …weil man die Moleküle braucht!
Eigenschaften (kollektive makroskopische Effekte)
Neue Synthesemethoden: Reaktivität erkunden …weil man es kann!
Katalyseforschung
Selbstgewählte Zielmoleküle …damit man eine
Molekulare Ästhetik und Symmetrie: Cuban C8H8 bessere Vorstellung
Komplexe Naturstoffe: Maitotoxin von der molekularen
Molekül-Rekorde: Das größte, längste, etc… monodisperse Molekül Welt bekommt!
Mechanische Funktion: Rotoren, Schalter, Pumpen, molekulare Maschinen
A Geyer OC8 2018Sie können auch lesen
