Mechanical Link

Mechanical Link
Mechanical Link
Anonim

U mehaničkoj vezi dva molekula su spojena, ali između njih nema hemijske veze, već su oni mehanički međusobno povezani. Primjere ovog tipa vezivanja nalazimo u katenanima i rotaksanima.

Iako ne postoji stvarna hemijska veza, obe komponente mehaničke veze su blisko povezane, tako da ih nije moguće razdvojiti bez prekidanja drugih kovalentnih veza. Ovo čini da je molekul formirao pravi molekul, a ne supramolekularni uzorak, kao što je slučaj u drugim slučajevima.

slika
slika

Ova vrsta molekula je istražena i sintetizirana u polju nanotehnologije od 1960-ih, ali se tek posljednjih godina razmatra njena moguća primjena kao molekularne mašine.

Proizvodnja molekularnih motora od katenana i rotaksana inspirisana je proučavanjem mišićnih kontrakcija. U ćelijama mišićnog tkiva, filament zvan miozin je okružen aktinskim filamentima. Do kontrakcije mišića dolazi kada aktinski filamenti istiskuju filamente miozina, zahvaljujući energiji koju daje ATP.

Slično, molekuli zvani polipiroli korišćeni su za savijanje čvrstog polimera na jednu ili drugu stranu, u zavisnosti od smera primenjene električne struje.

Veoma interesantna potencijalna primena struktura kao što su katenani i rotaksani bila bi u oblastiračunarstvo. Mobilnost ovih molekula čini ih mogućom primjenom kao prekidači, na primjer. Osim toga, proučavana je mogućnost proizvodnje mikročipova, gdje bi rotaksani služili kao tranzistori.

Istraživanja u ovoj oblasti se nastavljaju, a još je prerano za procenu efikasnosti primene ovih molekula u oblasti mikrotehnologije.

Catenans

Katenani su molekuli sastavljeni od dva ili više međusobno povezanih prstena, kao što je prikazano na slici. U slučaju preplitanja nekoliko prstenova, struktura će imati oblik lanca, pri čemu će svaki makrociklus biti karika u njemu.

Prstenovi mogu biti različiti ili isti. Ako nisu isti mi smo u prisustvu homocikličkog katenana, ako su različiti to je heterociklički katenan.

Broj u uglastim zagradama označava broj prstenova koji čine makromolekulu.

Katenani su topološki izomeri prstenova koji ih sačinjavaju, budući da čak i ako rotiramo prstenove i podvrgnemo ih različitim silama, nije moguće razdvojiti ih bez prekidanja jednog od dva međusobno povezana prstena.

Rotaxans

Rotaksani se sastoje od jednog ili više prstenova preko kojih prolazi linearna struktura, koja ima veliki molekul pričvršćen na svakom kraju koji služi da spriječi da prstenovi pobjegnu.

slika
slika

Rotaksani nisu topološki izomeri svojih zasebnih komponenti, jer ako bismo povećali prstenovebeskonačno (ovo je moguće samo sa matematičke tačke gledišta, nije moguće učiniti fizički), bilo bi moguće osloboditi prstenove, ukloniti ih iz strukture u kojoj su povezani, s obzirom da bi njihov prečnik bio veći nego kod molekula koji se nalazi na krajevima linearne strukture, djelujući kao čep.

U početku je sinteza ovih molekula bila teška, jer su samo kiselinsko-bazne interakcije i intermolekularne sile korištene za pokretanje reakcije. S druge strane, danas je proces interfiksacije katenana i rotaksana jednostavniji; sinteza je usmjerena reakcijama koje uključuju metale kao što je bakar. Jedna ili česta strategija je zatvaranje acikličkih fragmenata reakcijom supstitucije. Zatim se metal odvaja formiranjem nerastvorljive soli, čime se dobija slobodni katenan.

Popularna tema