Katenaanit

Esimerkki [2]katenaanista

Katenaanit ovat orgaanisia yhdisteitä, joiden rakenteessa on kaksi tai useampi mekaanisesti toisiinsa liittynyttä rengasta. Katenaanit ovat esimerkki supramolekyyleistä. Nimityksen katenaani kehitti yhdysvaltalainen kemisti Edel Wasserman ja hän myös julkaisi ensimmäisen katenaanisynteesin vuonna 1960.

Ominaisuudet ja synteesi

Katenaanit nimetään muodossa [n]katenaani, missä n tarkoittaa katenaanin renkaiden lukumäärää. Esimerkiksi kahdesta sisäkkäisestä renkaasta koostuva katenaani on [2]katenaani ja kolmesta renkaasta koostuva katenaani on [3]katenaani. Merkittävä katenaanien ominaisuus on, että renkaat pystyvät liikkumaan toisiinsa nähden. Liike voi perustua esimerkiksi katenaanin elektronirikkaiden ja elektroniköyhien funktionaalisten ryhmien vuorovaikutukseen, pH:n muutokseen, säteilytykseen, metalli-ionin kompleksoitumiseen ja irtoamiseen molekyylistä tai sähkökemialliseen impulssiin. Katenaaneja tutkitaan esimerkiksi kemiallisina kytkiminä ja molekyylikoneina.

Katenaanien synteesiin on kaksi pääasiallista strategiaa. Näistä ensin käytetyssä avoketjuinen prekursori syntetisoidaan menemään rengasrakenteisen molekyylin läpi ja viimeisessä vaiheessa rengas sulkeutuu kemiallisella reaktiolla. Makrosyklien muodostuminen näin on kuitenkin hyvin epätodennäköistä ja saannot ovat hyvin huonoja. Ranskalainen kemisti Jean-Pierre Sauvage on merkittävästi edistänyt katenaanien synteesiä. Sauvage kehitti niin kutsutun mallinesynteesin. Siinä esimerkiksi metalli-ioni koordinoituu prekursoreihin ja pitää renkaan sulkevat funktionaaliset ryhmät lähellä toisiaan. Nyt rengas voidaan sulkea helposti esimerkiksi alkeenien metateesin avulla. Tämä menetelmä oli yhtenä perusteluna, kun Sauvagelle myönnettiin Nobelin kemian palkinto vuonna 2016.

Lähteet

  1. ↑ Catenanes (catena compounds) IUPAC GoldBook. IUPAC. Viitattu 10.1.2018. (englanniksi)
  2. 1 2 3 Peter J. Cragg: Supramolecular Chemistry, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2016. Viitattu 10.1.2018.
  3. ↑ Edel Wasserman: The Preparation of Interlocking Rings: A Catenane. Journal of The American Chemical Society, 1960, 82. vsk, nro 16, s. 4433–4434. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 10.1.2018. (englanniksi)
  4. 1 2 J. L. Atwood,Jonathan W. Steed: Encyclopedia of Supramolecular Chemistry, s. 1240-1246. CRC Press, 2004. ISBN 9780824750565 Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 10.1.2018. (englanniksi)
  5. 1 2 Katsuhiko Ariga,Toyoki Kunitake: Supramolecular Chemistry, s. 63-67. Springer, 2006. ISBN 978-3-540-01298-6 Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 10.1.2018. (englanniksi)
  6. 1 2 3 Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2016: Molecular machines 5.10.2016. Kungliga Vetenskaps Akademin. Viitattu 10.1.2018. (englanniksi)
  7. ↑ Jari Koponen: Molekyylikoneiden aamunkoitto. Kemia, 2009, 36. vsk, nro 1, s. 7-9. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 2.11.2023.
  8. ↑ François Diederich,Peter J. Stang,Rik R. Tykwinski: Modern Supramolecular Chemistry, s. 349-360. John Wiley & Sons, 2008. ISBN 978-3527318261 Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 10.1.2018. (englanniksi)