रोटाक्सेन

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एक रोटाक्सेन का चित्रमय प्रतिनिधित्व
एरोटाक्सेन की संरचना जिसमें साइक्लोबिस (पैराक्वाट- पी -फेनिलीन) मैक्रोसायकल है। [1]

रसायन विज्ञान में, रोटाक्सेन ( लैटिन रोटा 'व्हील' और एक्सिस 'एक्सल' से) एक यांत्रिक रूप से इंटरलॉक्ड आणविक संरचना है जिसमें डंबेल के आकार का अणु होता है जिसे मैक्रोसायकल के माध्यम से पिरोया जाता है (चित्रमय प्रतिनिधित्व देखें)। डंबल के सिरों (अक्सर स्टॉपर्स कहा जाता है) के बाद से रोटाक्सेन के दो घटक काइनेटिक रूप से फंस जाते हैं, जो रिंग के आंतरिक व्यास से बड़े होते हैं और घटकों के पृथक्करण (अनथ्रेडिंग) को रोकते हैं क्योंकि इसके लिए सहसंयोजक बंधों के महत्वपूर्ण विरूपण की आवश्यकता होगी।

रोटाक्सेन और अन्य यांत्रिक रूप से इंटरलॉक किए गए आणविक आर्किटेक्चर, जैसे चेन, से संबंधित अधिकांश शोध उनके कुशल रासायनिक संश्लेषण या कृत्रिम आणविक मशीनों के रूप में उनके उपयोग पर केंद्रित हैं। हालाँकि, प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले पेप्टाइड्स में रोटाक्सेन सबस्ट्रक्चर के उदाहरण पाए गए हैं, जिनमें सम्मिलित हैं: सिस्टीन गाँठ पेप्टाइड्स, साइक्लोटाइड्स या लेसो-पेप्टाइड्स जैसे कि माइक्रोसीन J25।

संश्लेषण

1967 में एक रोटाक्सेन के सबसे पहले रिपोर्ट किए गए संश्लेषण ने सांख्यिकीय संभावना पर भरोसा किया कि अगर एक डंबल के आकार के अणु के दो हिस्सों को मैक्रोसायकल की उपस्थिति में प्रतिक्रिया दी गई तो कुछ छोटा प्रतिशत रिंग के माध्यम से जुड़ जाएगा।[2] रोटाक्सेन की एक उचित मात्रा प्राप्त करने के लिए, मैक्रोसायकल को एक ठोस-चरण समर्थन से जोड़ा गया और 70 बार डंबल के दोनों हिस्सों के साथ इलाज किया गया और फिर 6% उपज देने के लिए समर्थन से अलग कर दिया गया। हालांकि, रोटाक्सेन का संश्लेषण महत्वपूर्ण रूप से उन्नत हुआ है और हाइड्रोजन बॉन्डिंग, धातु समन्वय, हाइड्रोफोबिक बलों, सहसंयोजक बांड, या कूलॉम्बिक इंटरैक्शन का उपयोग करने वाले घटकों को पूर्व-संगठित करके कुशल पैदावार प्राप्त की जा सकती है। रोटाक्सेन को संश्लेषित करने के लिए तीन सबसे आम रणनीतियाँ "कैपिंग", "क्लिपिंग" और "स्लिपिंग" हैं,[3] हालांकि अन्य मौजूद हैं।[4] [5] हाल ही में, लेह और सहकर्मियों ने यांत्रिक रूप से इंटरलॉक किए गए आर्किटेक्चर के लिए एक संक्रमण-धातु केंद्र से जुड़े एक नए मार्ग का वर्णन किया जो एक मैक्रोसायकल की गुहा के माध्यम से प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित कर सकता है [6]

(ए) एक रोटाक्सेन एक खुली अंगूठी (आर 1) से एक लचीली हिंग और एक डंबल के आकार का डीएनए ओरिगेमी संरचना (डी 1) से बनता है। अंगूठी के कब्जे में स्ट्रैंड क्रॉसओवर की एक श्रृंखला होती है जिसमें उच्च लचीलापन प्रदान करने के लिए अतिरिक्त थाइमिन डाले जाते हैं। रिंग और एक्सिस सबयूनिट्स पहले जुड़े हुए हैं और 18 न्यूक्लियोटाइड लंबे, पूरक चिपचिपे सिरों का उपयोग करके एक दूसरे के संबंध में अक्ष के केंद्र (नीले क्षेत्रों) से 33 एनएम दूर हैं। इसके बाद रिंग को क्लोजिंग स्ट्रैंड्स (लाल) का उपयोग करके डंबल एक्सिस के चारों ओर बंद कर दिया जाता है, इसके बाद रिलीज स्ट्रैंड्स को जोड़ा जाता है जो डंबल को टूहोल्ड-मेडिएटेड स्ट्रैंड विस्थापन के माध्यम से रिंग से अलग करता है। (बी) 3 डी मॉडल और रिंग और डंबल संरचना की संबंधित औसत टीईएम छवियां। (सी) पूरी तरह से इकट्ठे रोटाक्सेन (आर 1 डी 1) की टीईएम छवियां। (डी) 3 डी मॉडल, आर 2 और डी 2 की औसत और एकल-कण टीईएम छवियां, एक वैकल्पिक रोटाक्सेन डिजाइन के सबयूनिट्स जिसमें मुड़े हुए संरचनात्मक तत्व होते हैं। रिंग संरचना की टीईएम छवियां बंद (शीर्ष) और खुले (नीचे) कॉन्फ़िगरेशन के अनुरूप हैं। (ई) पूरी तरह से इकट्ठे R2D2 रोटाक्सेन की 3 डी प्रतिनिधित्व और टीईएम छवियां। स्केल बार, 50 एनएम। [7]

कैपिंग

रोटाक्सेन संश्लेषण को "कैपिंग," "क्लिपिंग," "स्लिपिंग" या "सक्रिय टेम्पलेट" तंत्र के माध्यम से किया जा सकता है

कैपिंग विधि के माध्यम से संश्लेषण थर्मोडायनामिक रूप से संचालित टेम्पलेट प्रभाव पर दृढ़ता से निर्भर करता है; अर्थात्, थ्रेड को मैक्रोसायकल के भीतर गैर-सहसंयोजक इंटरैक्शन द्वारा आयोजित किया जाता है, उदाहरण के लिए साइक्लोडेक्सट्रिन मैक्रोसायकल के साथ रोटैक्सिनेशन में हाइड्रोफोबिक प्रभाव का शोषण सम्मिलित है। यह डायनेमिक कॉम्प्लेक्स या स्यूडोरोटैक्सेन तब बड़े समूहों के साथ थ्रेडेड गेस्ट के सिरों पर प्रतिक्रिया करके रोटाक्सेन में परिवर्तित हो जाता है, जिससे पृथक्करण को रोका जा सकता है।[8]

क्लिपिंग

क्लिपिंग विधि कैपिंग प्रतिक्रिया के समान है, सिवाय इसके कि इस मामले में डंबल के आकार का अणु पूर्ण है और एक आंशिक मैक्रोसायकल से बंधा है। आंशिक मैक्रोसायकल तब डंबल के आकार के अणु के चारों ओर एक रिंग क्लोजिंग रिएक्शन से गुजरता है, जिससे रोटाक्सेन बनता है।[9]

फिसलन

फिसलने की विधि वह है जो थर्मोडायनामिक का शोषण करती है[10] रोटाक्सेन की स्थिरता। यदि डंबल के अंत समूह एक उपयुक्त आकार के हैं तो यह उच्च तापमान पर मैक्रोसायकल के माध्यम से विपरीत रूप से पिरोने में सक्षम होगा। डायनेमिक कॉम्प्लेक्स को ठंडा करके, यह कम तापमान पर रोटाक्सेन के रूप में गतिज रूप से फंस जाता है।

सक्रिय टेम्पलेट कार्यप्रणाली

लेह और सहकर्मियों ने हाल ही में एक ऐसी रणनीति का पता लगाना प्रारम्भ किया जिसमें टेम्पलेट आयन भी महत्वपूर्ण अंतिम सहसंयोजक बंधन बनाने की प्रतिक्रिया को बढ़ावा देने में सक्रिय भूमिका निभा सकते हैं जो इंटरलॉक्ड संरचना को कैप्चर करता है (यानी, धातु का दोहरा कार्य होता है, जिसके लिए टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है) अग्रदूतों को जोड़ना और अभिकारकों के बीच सहसंयोजक बंधन गठन को उत्प्रेरित करना)।

संभावित अनुप्रयोग

α-cyclodextrin मैक्रोसायकल के साथ रोटाक्सेन की संरचना।[11]

आणविक मशीनें

पीएच-नियंत्रित आणविक रोटाक्सेन शटल का एनिमेशन

[12]

रोटाक्सेन-आधारित आणविक मशीनें आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स में तर्क आणविक स्विचिंग तत्वों और आणविक शटल के रूप में उनके संभावित उपयोग के लिए प्रारंभिक रुचि की रही हैं। [13] [14] ये आणविक मशीनें सामान्यतः डंबल पर मैक्रोसायकल की गति पर आधारित होती हैं। मैक्रोसायकल डंबल की धुरी के चारों ओर एक पहिया और धुरी की तरह घूम सकता है या यह अपनी धुरी के साथ एक साइट से दूसरी साइट पर स्लाइड कर सकता है। मैक्रोसायकल की स्थिति को नियंत्रित करने से रोटाक्सेन को आणविक स्विच के रूप में कार्य करने की अनुमति मिलती है, मैक्रोसायकल के प्रत्येक संभावित स्थान के साथ एक अलग स्थिति होती है। इन रोटाक्सेन मशीनों को रासायनिक [15] और फोटोकैमिकल इनपुट दोनों द्वारा हेरफेर किया जा सकता है। [16] रोटाक्सेन आधारित प्रणालियों को आणविक मांसपेशियों के रूप में कार्य करने के लिए भी दिखाया गया है। [17] [18] 2009 में, एक ग्लाइकोरोटैक्सेन आणविक मशीन में एक छोर से दूसरे छोर तक "डोमिनोज़ प्रभाव" की रिपोर्ट आई थी। इस मामले में, 4 सी 1 या 1 सी 4 कुर्सी की तरह मन्नो पायरानोसाइड स्टॉपर की रचना को मैक्रोसायकल के स्थानीयकरण के आधार पर नियंत्रित किया जा सकता है। [19] 2012 में, केम में डबल-लेस्सो आणविक मशीनों (जिसे रोटामैक्रॉसायकल भी कहा जाता है) से युक्त अद्वितीय छद्म-मैक्रोसायकल की सूचना दी गई थी। विज्ञान। पीएच के आधार पर इन संरचनाओं को कड़ा या ढीला किया जा सकता है। इन नई आणविक मशीनों में नियंत्रणीय जंप रोप मूवमेंट भी देखा गया।

अल्ट्रास्टेबल डाइज

लंबे समय तक चलने वाले रंगों के रूप में संभावित अनुप्रयोग डंबल के आकार के अणु के आंतरिक भाग की बढ़ी हुई स्थिरता पर आधारित है।[20] [21] साइक्लोडेक्सट्रिन -संरक्षित रोटाक्सेन एज़ो डाईज़ के साथ अध्ययन ने इस विशेषता को स्थापित किया। अधिक प्रतिक्रियाशील स्क्वैराइन रंगों को आंतरिक स्क्वैराइन भाग के न्यूक्लियोफिलिक हमले को रोककर स्थिरता को बढ़ाया गया दिखाया गया है।[22] रोटैक्सेन रंगों की बढ़ी हुई स्थिरता को मैक्रोसायकल के इन्सुलेट प्रभाव के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है, जो अन्य अणुओं के साथ बातचीत को अवरुद्ध करने में सक्षम है।

नैनो रिकॉर्डिंग

नैनो रिकॉर्डिंग अनुप्रयोग में,[23] निश्चित रोटाक्सेन को आईटीओ -लेपित ग्लास पर लैंगमुइर-ब्लॉडगेट फिल्म के रूप में जमा किया जाता है। जब एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप जांच की नोक के साथ एक धनात्मक वोल्टेज लगाया जाता है, तो टिप क्षेत्र में रोटाक्सेन के छल्ले डंबल के एक अलग हिस्से में स्विच हो जाते हैं और परिणामी नई रचना अणुओं को सतह से 0.3 नैनोमीटर बाहर कर देती है। मेमोरी डॉट के लिए यह ऊंचाई अंतर पर्याप्त है। यह अभी तक ज्ञात नहीं है कि ऐसी नैनो रिकॉर्डिंग फिल्म को कैसे मिटाया जाए।

नामपद्धति

स्वीकृत नामकरण एक उपसर्ग के रूप में कोष्ठक में रोटाक्सेन के घटकों की संख्या को निर्दिष्ट करना है।[24] इसलिए, अपने शाफ्ट के चारों ओर एक एकल मैक्रोसायकल के साथ एक एकल डंबल-आकार के अक्षीय अणु से युक्त एक रोटाक्सेन को [2] रोटैक्सेन कहा जाता है, और डायलकाइलफॉस्फेट के केंद्रीय फॉस्फेट समूह के चारों ओर दो साइनोस्टार अणु एक [3] रोटैक्सेन है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Bravo, José A.; Raymo, Françisco M.; Stoddart, J. Fraser; White, Andrew J. P.; Williams, David J. (1998). "High Yielding Template-Directed Syntheses of [2]Rotaxanes". Eur. J. Org. Chem. 1998 (11): 2565–2571. doi:10.1002/(SICI)1099-0690(199811)1998:11<2565::AID-EJOC2565>3.0.CO;2-8.
  2. ↑ Harrison, Ian Thomas.; Harrison, Shuyen. (1967). "Synthesis of a stable complex of a macrocycle and a threaded chain". J. Am. Chem. Soc. 89 (22): 5723–5724. doi:10.1021/ja00998a052.
  3. ↑ Aricó, F. (2005). "Templated Synthesis of Interlocked Molecules". Templates in Chemistry II. pp. 203–259. doi:10.1007/b104330. hdl:10278/33611. ISBN 978-3-540-23087-8. {{cite book}}: |work= ignored (help)
  4. ↑ Yoon, I; Narita, M; Shimizu, T; Asakawa, M (2004). "Threading-Followed-by-Shrinking Protocol for the Synthesis of a [2]Rotaxane Incorporating a Pd(II)-Salophen Moiety". J. Am. Chem. Soc. 126 (51): 16740–16741. doi:10.1021/ja0464490. PMID 15612709.
  5. ↑ Kameta, N; Hiratani, K; Nagawa, Y (2004). "A novel synthesis of chiral rotaxanes via covalent bond formation". Chem. Commun. (51): 466–467. doi:10.1039/b314744d. PMID 14765261.
  6. ↑ Aucagne, V; Berna, J; Crowley, J. D.; Goldup, S. M.; Hänni, K. D.; Leigh, D. A.; Lusby, P. J.; Ronaldson, V. E.; Slawin, A. M. (2007). "Catalytic "active-metal" template synthesis of [2]rotaxanes, [3]rotaxanes, and molecular shuttles, and some observations on the mechanism of the Cu(I)-catalyzed azide-alkyne 1,3-cycloaddition". J. Am. Chem. Soc. 129 (39): 11950–11963. doi:10.1021/ja073513f. PMID 17845039.
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  8. ↑ "कैपिंग द्वारा रोटाक्सेन". youtube.com.
  9. ↑ Romero, Antonio. "3डी कैपिंग करके रोटाक्सेन". 3डी कैपिंग करके रोटाक्सेन. 3D video.
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  11. ↑ Stanier, Carol A.; o'Connell, Michael J.; Anderson, Harry L.; Clegg, William (2001). "सुजुकी कपलिंग द्वारा फ्लोरोसेंट स्टिलबिन और टोलन रोटाक्सेन का संश्लेषण". Chem. Commun. (5): 493–494. doi:10.1039/b010015n.
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