Свет driven молекулярные моторы на поверхностях для одного Молекулярное воображение

Этот протокол является первым примером визуализации вращения человека светоемкого молекулярного двигателя на едином молекулярном уровне. Используемая здесь синтетическая техника предназначена для синтеза сложной молекулярной машины с несколькими функциональными группами. Во-первых, под атмосферу аргона поместите 640 миллиграммов соединения прекурсоров ротора два, 219 миллиграммов медного йодида и 3,44 грамма йодида натрия в 100-миллилитровую трубку Schlenk, оснащенную баром для перемешивания.

Соедините запечатанную трубку с линией Шленка и добавьте 50 миллилитров 1, 4-диоксана и 263 миллиграмма транс-1, 2-diaminocyclohexane. Перемешать смесь при 140 градусах по Цельсию в течение 24 часов, чтобы обменять подстимост брома на йод. Затем дайте смеси остыть до комнатной температуры и испарите растворитель под вакуумом.

Очистить соединение кремнезема гель флэш хроматографии и удалить летучие вещества для получения йода заменить соединение три, как липкое, желтое масло. Далее поместите 415 миллиграммов реагента Лоуссона и 219 миллиграммов соединения три в колбу Шленка, оснащенную баром для перемешивания. Соедините колбу с линией Шленка через конденсатор и очистите ее аргоном три раза.

Добавить 10 миллилитров толуола и рефлюкс смеси в течение двух часов, чтобы преобразовать соединение три в тиокетон. Испарить растворитель и очистить тиокетон с помощью флэш хроматографии. Удалите летучие веществе из чистой фракции и растворите изолированный тиокетон в 20 миллилитров тетрагидрофурана.

Затем растворите 476 миллиграммов свежеприготовленного соединения 4, которое является прекурсором статора диазо, в еще 20 миллилитров THF. Добавить раствор соединения 4 в раствор тиокетона и рефлюкс смеси под аргон в течение 16 часов, помешивая, чтобы сформировать двойную связь между ротором и статором. Испарить избыток растворителя, очистить сырой продукт флэш хроматографии, и удалить летучих веществ для получения моторного соединения 5 в качестве красного твердого тела.

Затем добавьте 165 миллиграммов моторного 5, 4,56 миллиграмма биса (трифенилфосфина)хлорида палладия и 2,48 миллиграмма медного йодида в 20-миллилитровую трубку Schlenk, оснащенную батончиком. Запечатай трубку и соедините ее с линией Шленка. Смешайте 10 миллилитров THF и два миллилитров диизопропиламина и пузырькового аргона через смесь в течение 10 минут.

Затем перенесите смесь в трубку Шленка и перемешайте реакционной смеси под аргон при комнатной температуре в течение 10 минут. Добавьте 42 миллиграмма триизопропилсилила ацетилена и продолжайте помешивать в течение 15-16 часов, чтобы заменить йод ацетиленом TIPS. Затем налейте смесь продукта в 25 миллилитров насыщенного аквея хлорида аммония.

Извлекайте продукт в три 20-миллилитровые порции дихлорметана и вымойте комбинированные органические слои один раз 50 миллилитров насыщенного рассола. Высушите промытые органические слои над сульфатом натрия. Отфильтруть desiccant и удалить избыток растворителя.

Очистить остатки флэш-хроматографии и удалить летучих веществ в вакууме, чтобы получить двигатель шесть, как коричневое масло. В 50-миллилитровой колбе, оснащенной батончиком для перемешивания, смешайте 90 миллиграммов двигателя с маркировкой PBI 12, пять миллилитров THF, пять миллилитров метанола и пять миллилитров одномярусного аксида натрия. Перемешать смесь при 70 градусах по Цельсию в течение шести часов, чтобы гидролизуйте эфиры на статоре.

Затем охладить смесь до комнатной температуры, помешивая. Добавьте пять миллилитров воды вдвойне дистиллированной и удалите летучие растворители путем роторного испарения. Добавить aqueous однояролярной гидравлической кислоты, пока смесь не достигнет рН один, в этот момент двигатель 1b будет осаждать из раствора, как коричневый твердый.

Восстановить твердые путем фильтрации, мыть его с 10 миллилитров прохладной воды и высушить его под вакуумом. Затем замочите кварцевые горки в растворе пираньи при 90 градусах по Цельсию в течение одного часа. Промыть горки с пятью миллилитров вдвойне дистиллированной воды три раза и с метанолом один раз.

Высушите горки азотным газом. Затем приготовьте 1 миллимоляйный раствор 3-аминопропилового (диэтокси)метилсилана в свежедиллированном толуоле. Замочите слайды в этом растворе в течение 12 часов при комнатной температуре, а затем промыть силанизированные горки с пятью миллилитров каждый из толуола и метанола.

Погрузите горки в толуол и метанол в последовательности по две минуты каждый, а затем высушите их под потоком аргонового газа. Далее приготовьте пять миллилитров 0,1-миллимолярный раствор двигателя 1b в диметилформамиде для каждого слайда. Замочите слайды в растворе 1b при комнатной температуре в течение 12 часов, чтобы функционализировать кварцевые поверхности с монослой 1b.

Вымойте функциональные слайды с DMF, водой и метанолом в последовательности. Высушите горки аргоном и храните их в запечатанном контейнере под аргоном. Молекулярный двигатель 1b синтезировался в умеренной урожайности, с жесткой, фенил-этилен тетрамерной рукой, соединяющей ядро ротора с люминесцентным тегом.

Спектр протонного ЯМР не показал существенной виквинальной связи между Ха и Хк, что согласуется с Ha и Hc оба в псевдоэкваториальной ориентации. Аксиальная экваториальная вицинальная связь наблюдалась между Hb и Hc.Irradiation с 365-нанометровым светом индуцированной изомеризации вокруг центральной двойной связи с этим нестабильным изомером. Сдвиг downfield метилового сигнала и развитие вицинальной связи между Ha и Hc оба указали, что метиловая группа была псевдоэкваториальной.

Когда соединение держалось в темноте при комнатной температуре, термальная инверсия спирали выпустила нагрузку на молекулу с нафталином, проскальзывающим мимо фтора. Это вернуло молекулу в первоначальную конфигурацию из-за симметричного флюореола. УФ/визави спектроскопия стабильных и нестабильных изомеров показала скромные различия в характерных областях поглощения для жесткой руки и флуоресцентного тега.

Успешная сборка монослой двигателя 1b на кварце была подтверждена УФ/визави спектроскопией. Монослой требовал всего 15 минут облучения, чтобы добраться до нестабильного изомера в фотостационарной обстановке. Важно, чтобы убедиться, диазо и тиокетон соединений свежеприготовленные для обеспечения успешного синтеза двигателя 5.

Научно-исследовательская область молекулярных машин может извлечь выгоду из этого метода, так как она является важным ориентиром для проектирования, синтеза и визуализации сложных молекулярных машин. Решение Piranha используется для очистки слайдов. Это решение является высококислотным, и следует использовать с осторожностью.