Rotaxane

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Skizze eines Rotaxan-Makrocyclus
Vereinfachte Struktur eines Rotaxan-Makrocyclus

Rotaxane (lat. rota, Rad; axis, Achse) sind Stoffe, die aus mindestens einem Molekül mit einer linearen Einheit, welche von mindestens einem Makrocyclus (ein cyclisches Molekül mit einem Ring ausreichenden Durchmessers) umschlossen wird, bestehen. Der Makrocyclus wird nicht kovalent auf seiner Position im Molekül gehalten, beispielsweise durch sperrige endständige Gruppen auf der linearen Einheit, und/oder durch van der Waals-, London-, Coulomb- und dipolare Wechselwirkungen zwischen Schaft und Ring. Es treten komplexe Isomerieformen auf.

Die Existenz von Rotaxanen wurde 1967 bewiesen. Unter anderem für die Entwicklung von Rotaxanen erhielt Fraser Stoddart 2016 den Nobelpreis für Chemie.

Synthesen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es gibt prinzipiell drei Möglichkeiten, Rotaxane darzustellen.

Threading
Die Strategie des Threading (engl.: Einfädeln) beruht darauf, dass die lineare Komponente (oft als Faden bezeichnet) in den fertigen Makrocyclus hineingleitet und anschließend durch Anbringen von voluminösen Endgruppen an beiden Seiten des so entstandenen Pseudorotaxanes daran gehindert wird, sich wieder auszufädeln.
Slipping
Beim Slipping (engl.: Schlüpfen) werden beide fertigen Komponenten zusammen erhitzt. Dadurch wird genügend Aktivierungsenergie aufgebracht, so dass sich der Ring über die Endgruppen stülpt. Beim Abkühlen bleibt der Makrocyclus wegen der stabilisierenden nicht-kovalenten Wechselwirkungen auf dem Faden.
Clipping
Die dritte Möglichkeit ist das sogenannte Clipping (engl.: Klammern). Dabei wird der Makrocyclus in mehreren Teilen erst um den Faden herum koordiniert (wieder getrieben von nicht-kovalenten Wechselwirkungen) und dann durch eine chemische Reaktion geschlossen.

Pseudorotaxane und Semirotaxane[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Als Pseudorotaxane werden solche Rotaxane bezeichnet, bei denen der aufgefädelte Makrocyclus nicht durch endständige Gruppen des Moleküls am Verlassen seiner Position gehindert wird, sondern durch Wechselwirkungen mit dem Schaft auf dem der Makrocyclus aufgefädelt ist.

Als Semirotaxane werden solche Rotaxane bezeichnet, bei denen der Makrocyclus nur durch eine der endständigen Gruppen des Moleküls, auf dem er aufgefädelt ist, am Verlassen seiner Position gehindert wird.

Nomenklatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

G. Schill machte 1971 einen Vorschlag[1] zur Nomenklatur der Rotaxane, 2000 schlugen Fritz Vögtle und andere eine erweiterte Form dieser Nomenklatur vor, beide Vorschläge regeln die Nomenklatur aber nicht völlig eindeutig. Eine IUPAC-Empfehlung zur eindeutigen Nomenklatur der Rotaxane wurde 2009 publiziert.[2]

Anwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Rotaxane sind als mögliche Schalter und Motoren für die Nanotechnologie von Interesse.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Rotaxane – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Gottfried Schill: Nomenclature of Catenanes and Rotaxanes. In: Catenanes, Rotaxanes, and Knots, Academic Press, 1971, ISBN 9781483275666.
  2. Ida Schomburg: Nomenklatur der Rotaxane und Pseudorotaxane. In: Angewandte Chemie, 2009, 121, 4719–4738. doi:10.1002/ange.200900665.