Химики из Пекинского педагогического университета и Института химии Китайской академии наук синтезировали новые соединения из класса «молекулярных турникетов». Молекула состоящая из нескольких циклических фрагментов способна вращаться или замирать в зависимости от наличия в растворе катионов серебра или палладия. Исследование опубликовано в Journal of Organic Chemistry.

Молекулы синтезированного вещества состоят из трех функциональных фрагментов — двух частей «статора» и  одного «ротора». В роли последнего играет полициклическая конструкция триптицена, состоящая из трех «лепестков» — фрагментов бензола, прикрепленных к центральному основанию. «Статоры» — два пиридиновых фрагмента, прикрепленных к разным концам «оси ротора». В отличие от бензола, в пиридине один из атомов углерода заменен на азот, способный легко образовывать связи с атомами металлов, благодаря чему авторам и удалось переключать состояния молекулы.

Различные конфигурации трех синтезированных роторов. Guangxia Wang et al. / JOC, 2016

Принцип работы молекул-турникетов. Guangxia Wang et al. / JOC, 2016

Когда в растворе присутствуют ионы серебра или палладия, «статоры» связываются с ними, образую жесткий контур. Отталкивание между атомами разных фрагментов молекулы мешает «ротору» повернуться и расположение «лепестков» оказывается зафиксированным. Авторы отмечают, что наилучшая фиксация достигается при использовании катионов палладия, более прочно связывающихся со «статорами». Различить закрытые и открытые состояния между собой химики смогли с помощью методов ядерного магнитного резонанса.

Схема синтеза. Guangxia Wang et al. / JOC, 2016

Синтез соединений происходил в шесть препаративных стадий. Первые две стадии представляли собой получение «ротора». Сначала к плоской молекуле дибромантрацена (три «склеенных» в линий бензольных кольца с двумя заместителями в центре) присоединяли будущую «ось» — два ацетиленовых фрагмента. Затем с помощью реакции Дильса-Альдера присоединяли к центральному кольцу антрацена фрагмент дегидробензола. Следующие стадии заключались в синтезе «статора» и присоединении его к «оси». «Молекулярные турникеты» оказались белыми порошками.

Авторы отмечают, что подобные соединения обладают двумя стабильными состояниями — открытым и закрытым. Это свойство можно использовать для хранения информации в единичных молекулах. Подобные «переключаемые» молекулы изучаются многими коллективами химиков. В частности, аналогичным образом устроены ротаксаны, способные работать, например, как «молекулы-насосы». 

Автор: Владимир Королёв