Rotaxane

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 bestehen, auf welchen mindestens ein Makrocyclus (ein cyclisches Molekül mit einem Ring, der groß genug ist, um auf das lineare Molekül aufgefädelt zu werden) aufgefädelt ist. Der Makrocyclus wird in gewisser Weise durch nicht-kovalente Wechselwirkungen auf seiner Position auf dem Molekül gehalten. Die Existenz von Rotaxanen wurde 1967 bewiesen.

Der Makrocyclus wird zum Beispiel dadurch auf seiner Position gehalten, dass das Molekül endständige Gruppen besitzt, die verhindern, dass der aufgefädelte Makrocyclus seine Position auf dem linearen Molekül verlässt, da sie zu groß sind, oder dadurch, dass das Molekül und der Makrocyclus in Wechselwirkung stehen. Der Zusammenhalt der Rotaxane beruht aber nicht auf Ausbildung kovalenter Bindungen. Es treten komplexe Möglichkeiten der Isomerie bei den Rotaxanen auf.

Synthesen

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 Makrozyklus 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 Makrozyklus wegen der stabilisierenden nicht-kovalenten Wechselwirkungen auf dem Faden.

Clipping

Die dritte Möglichkeit ist das sogenannte Clipping (engl.: Klammern). Dabei wird der Makrozyklus 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

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 Molekül 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

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

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

Weblinks

 Commons: Rotaxane – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

1. ↑ G. Schill: Nomenclature of Catenanes and Rotaxanes. In: Catenanes, Rotaxanes, and Knots, Academic Press, 1971.
2. ↑ I. Schomburg: Nomenklatur der Rotaxane und Pseudorotaxane. In: Angewandte Chemie, 2009, 121, 4719 - 4738. doi:10.1002/ange.200900665.