単一分子イメージングの表面上の光駆動の分子モーター

このプロトコルは、単一分子レベルで人工光駆動分子モーターの回転を視覚化する最初の例を提供する。ここで使用される合成技術は、いくつかの官能基を持つ複雑な分子機械の合成を可能にするように設計されています。まず、アルゴン雰囲気の下で、ローター前駆体化合物2の640ミリグラム、ヨウ化銅219ミリグラム、および3.44グラムのヨウ化ナトリウムを、攪拌棒を備えた100ミリリットルのシュレンクチューブに入れます。

密閉チューブをシュレンクラインに接続し、50ミリリットルの1、4-ジオキサン、トランス1、2-ジアミノシクロヘキサン263ミリグラムを加えます。臭素置換基をヨウ素と交換するために、140°Cで24時間混合物をかき混ぜます。その後、混合物を室温まで冷却させ、真空下で溶媒を蒸発させる。

シリカゲルフラッシュクロマトグラフィーで化合物を精製し、揮発性物質を除去し、ヨウ素置換化合物3を粘着性の黄色油として得る。次に、ローソンの試薬415ミリグラムと、スターバーを装備したシュレンクフラスコに化合物3の219ミリグラムを置きます。フラスコをコンデンサーを介してシュレンクラインに接続し、アルゴンで3回パージします。

トルエンを10ミリリットル加え、混合物を2時間還流して化合物3をチオケトンに変換する。溶媒を蒸発させ、フラッシュクロマトグラフィーによってチオケトンを精製する。純粋な分画から揮発性物質を取り除き、20ミリリットルのテトラヒドロフランで単離チオケトンを溶解する。

次に、ステータージアゾ前駆体である作りたての化合物476ミリグラムをTHFの別の20ミリリットルに溶解する。化合物4の溶液をチオケトン溶液に加え、攪拌しながら16時間アルゴン下で混合物を還流させ、ロータとステータの間に二重結合を形成した。過剰な溶媒を蒸発させ、フラッシュクロマトグラフィーにより粗生成物を精製し、揮発性物質を除去し、モータ化合物5を赤色固体として得る。

次に、165ミリグラムのモーター5、4.56ミリグラムのビス(トリフェニルホスフィン)塩化パラジウム、2.48ミリグラムのヨウ化銅を攪拌棒を装備した20ミリリットルのシュレンクチューブに加えます。チューブを密封し、シュレンクラインに接続します。10分間、THFの10ミリリットルとジイソプロピルアミンとバブルアルゴンの2ミリリットルを組み合わせます。

その後、混合物をシュレンクチューブに移し、室温で反応混合物をアルゴンで10分間攪拌する。42ミリグラムのトリイソプロピルシルアセチレンを加え、15〜16時間攪拌を続け、ヨウ素をTIPSアセチレンに置き換えます。次いで、飽和した塩化アンモニウム水溶液の25ミリリットルに製品混合物を注ぎます。

ジクロロメタンの3つの20ミリリットルの部分に製品を抽出し、飽和ブラインの50ミリリットルで結合有機層を一度洗います。洗浄した有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させます。乾燥剤を除外し、余分な溶媒を除去します。

フラッシュクロマトグラフィーで残渣を精製し、真空下で揮発物を除去し、モータ6を褐色油として得る。攪拌棒を備えた50ミリリットルのフラスコに、PBI標識モーター12の90ミリグラム、THFの5ミリリットル、メタノール5ミリリットル、水酸化ナトリウム1モル水溶液5ミリリットルを組み合わせます。ステーターのエステルを加水分解するために6時間摂氏70度で混合物をかき混ぜます。

次に、攪拌しながら混合物を室温まで冷却する。二重蒸留水を5ミリリットル加え、ロータリー蒸散により揮発性溶剤を除去します。混合物がpH1に達するまで水性の1モル水圧酸を加え、その時点でモータ1bが褐色固体として溶液から沈殿する。

ろ過して固体を回収し、10ミリリットルの冷水で洗浄し、真空下で乾燥させます。次に、ピラニア溶液に石英スライドを90°Cで1時間浸します。5ミリリットルの二重蒸留水でスライドを3回、メタノールで1回リンスします。

スライドを窒素ガスで乾燥させます。次いで、蒸留したばかりのトルエンに3-アミノプロピル(ジエトキシ)メチルシランの1ミリモル溶液を調製する。この溶液中のスライドを室温で12時間浸し、その後、トルエンとメタノールのそれぞれ5ミリリットルでシラナイズスライドを洗いすめます。

スライドをトルエンとメタノールにそれぞれ2分間順に浸し、アルゴンガスの流れの下で乾燥させます。次に、各スライドに対してジメチルホルムアミド中のモータ1bの0.1ミリモル溶液を5ミリリットル調製する。1bの1bの水晶質のスライドを室温で12時間浸し、1bの単層で石英表面を機能させます。

機能化したスライドをDMF、水、メタノールを順番に洗います。アルゴンガスでスライドを乾燥させ、アルゴンの下に密閉された容器に保管します。分子モータ1bは適度な収率で合成し、ロータのコアを蛍光タグに接続する硬直したフェニルエチニレンテトラマーアームを用いた。

陽子NMRスペクトルは、HaとHcの間に有意な近傍結合を示さなかったが、これは、いずれも疑似赤道方向にあるHaおよびHcと一致している。この不安定な異性体に対して365ナノメートル光によるHbとHc.照射の間に軸赤道近傍結合が観察された。メチルシグナルのダウンフィールドシフトとHaとHcの間の近傍結合の発達は、いずれもメチル基が偽赤道であることを示した。

化合物を室温で暗闇の中に保つと、熱らせん反転は、フルオレンを通り過ぎてナフタレンで分子の歪みを放出した。これは、対称フルオレンステータのために分子を元の構成に戻した。安定性および不安定異性体のUV/vis分光法は、硬質アームと蛍光タグの特性吸収領域にわずかな違いを示した。

石英上のモータ1bの単層の組み立て成功は、UV/vis分光法によって確認された。この単層は、フォト静止状態で不安定な異性体に到達するのにわずか15分の照射を要した。ジアゾおよびチオケトン化合物がモータ5の合成を成功させるために作られたことを確認することが重要である。

分子機械の研究分野は、複雑な分子機械の設計、合成、可視化に関する重要な指針となるため、この方法の恩恵を受けることができます。ピラニア溶液は、スライドをきれいにするために使用されます。この溶液は、高酸性であり、慎重に使用する必要があります。