Этот протокол является первым примером визуализации вращения человека светоемкого молекулярного двигателя на едином молекулярном уровне. Используемая здесь синтетическая техника предназначена для синтеза сложной молекулярной машины с несколькими функциональными группами. Во-первых, под атмосферу аргона поместите 640 миллиграммов соединения прекурсоров ротора два, 219 миллиграммов медного йодида и 3,44 грамма йодида натрия в 100-миллилитровую трубку Schlenk, оснащенную баром для перемешивания.
Соедините запечатанную трубку с линией Шленка и добавьте 50 миллилитров 1, 4-диоксана и 263 миллиграмма транс-1, 2-diaminocyclohexane. Перемешать смесь при 140 градусах по Цельсию в течение 24 часов, чтобы обменять подстимост брома на йод. Затем дайте смеси остыть до комнатной температуры и испарите растворитель под вакуумом.
Очистить соединение кремнезема гель флэш хроматографии и удалить летучие вещества для получения йода заменить соединение три, как липкое, желтое масло. Далее поместите 415 миллиграммов реагента Лоуссона и 219 миллиграммов соединения три в колбу Шленка, оснащенную баром для перемешивания. Соедините колбу с линией Шленка через конденсатор и очистите ее аргоном три раза.
Добавить 10 миллилитров толуола и рефлюкс смеси в течение двух часов, чтобы преобразовать соединение три в тиокетон. Испарить растворитель и очистить тиокетон с помощью флэш хроматографии. Удалите летучие веществе из чистой фракции и растворите изолированный тиокетон в 20 миллилитров тетрагидрофурана.
Затем растворите 476 миллиграммов свежеприготовленного соединения 4, которое является прекурсором статора диазо, в еще 20 миллилитров THF. Добавить раствор соединения 4 в раствор тиокетона и рефлюкс смеси под аргон в течение 16 часов, помешивая, чтобы сформировать двойную связь между ротором и статором. Испарить избыток растворителя, очистить сырой продукт флэш хроматографии, и удалить летучих веществ для получения моторного соединения 5 в качестве красного твердого тела.
Затем добавьте 165 миллиграммов моторного 5, 4,56 миллиграмма биса (трифенилфосфина)хлорида палладия и 2,48 миллиграмма медного йодида в 20-миллилитровую трубку Schlenk, оснащенную батончиком. Запечатай трубку и соедините ее с линией Шленка. Смешайте 10 миллилитров THF и два миллилитров диизопропиламина и пузырькового аргона через смесь в течение 10 минут.
Затем перенесите смесь в трубку Шленка и перемешайте реакционной смеси под аргон при комнатной температуре в течение 10 минут. Добавьте 42 миллиграмма триизопропилсилила ацетилена и продолжайте помешивать в течение 15-16 часов, чтобы заменить йод ацетиленом TIPS. Затем налейте смесь продукта в 25 миллилитров насыщенного аквея хлорида аммония.
Извлекайте продукт в три 20-миллилитровые порции дихлорметана и вымойте комбинированные органические слои один раз 50 миллилитров насыщенного рассола. Высушите промытые органические слои над сульфатом натрия. Отфильтруть desiccant и удалить избыток растворителя.
Очистить остатки флэш-хроматографии и удалить летучих веществ в вакууме, чтобы получить двигатель шесть, как коричневое масло. В 50-миллилитровой колбе, оснащенной батончиком для перемешивания, смешайте 90 миллиграммов двигателя с маркировкой PBI 12, пять миллилитров THF, пять миллилитров метанола и пять миллилитров одномярусного аксида натрия. Перемешать смесь при 70 градусах по Цельсию в течение шести часов, чтобы гидролизуйте эфиры на статоре.
Затем охладить смесь до комнатной температуры, помешивая. Добавьте пять миллилитров воды вдвойне дистиллированной и удалите летучие растворители путем роторного испарения. Добавить aqueous однояролярной гидравлической кислоты, пока смесь не достигнет рН один, в этот момент двигатель 1b будет осаждать из раствора, как коричневый твердый.
Восстановить твердые путем фильтрации, мыть его с 10 миллилитров прохладной воды и высушить его под вакуумом. Затем замочите кварцевые горки в растворе пираньи при 90 градусах по Цельсию в течение одного часа. Промыть горки с пятью миллилитров вдвойне дистиллированной воды три раза и с метанолом один раз.
Высушите горки азотным газом. Затем приготовьте 1 миллимоляйный раствор 3-аминопропилового (диэтокси)метилсилана в свежедиллированном толуоле. Замочите слайды в этом растворе в течение 12 часов при комнатной температуре, а затем промыть силанизированные горки с пятью миллилитров каждый из толуола и метанола.
Погрузите горки в толуол и метанол в последовательности по две минуты каждый, а затем высушите их под потоком аргонового газа. Далее приготовьте пять миллилитров 0,1-миллимолярный раствор двигателя 1b в диметилформамиде для каждого слайда. Замочите слайды в растворе 1b при комнатной температуре в течение 12 часов, чтобы функционализировать кварцевые поверхности с монослой 1b.
Вымойте функциональные слайды с DMF, водой и метанолом в последовательности. Высушите горки аргоном и храните их в запечатанном контейнере под аргоном. Молекулярный двигатель 1b синтезировался в умеренной урожайности, с жесткой, фенил-этилен тетрамерной рукой, соединяющей ядро ротора с люминесцентным тегом.
Спектр протонного ЯМР не показал существенной виквинальной связи между Ха и Хк, что согласуется с Ha и Hc оба в псевдоэкваториальной ориентации. Аксиальная экваториальная вицинальная связь наблюдалась между Hb и Hc.Irradiation с 365-нанометровым светом индуцированной изомеризации вокруг центральной двойной связи с этим нестабильным изомером. Сдвиг downfield метилового сигнала и развитие вицинальной связи между Ha и Hc оба указали, что метиловая группа была псевдоэкваториальной.
Когда соединение держалось в темноте при комнатной температуре, термальная инверсия спирали выпустила нагрузку на молекулу с нафталином, проскальзывающим мимо фтора. Это вернуло молекулу в первоначальную конфигурацию из-за симметричного флюореола. УФ/визави спектроскопия стабильных и нестабильных изомеров показала скромные различия в характерных областях поглощения для жесткой руки и флуоресцентного тега.
Успешная сборка монослой двигателя 1b на кварце была подтверждена УФ/визави спектроскопией. Монослой требовал всего 15 минут облучения, чтобы добраться до нестабильного изомера в фотостационарной обстановке. Важно, чтобы убедиться, диазо и тиокетон соединений свежеприготовленные для обеспечения успешного синтеза двигателя 5.
Научно-исследовательская область молекулярных машин может извлечь выгоду из этого метода, так как она является важным ориентиром для проектирования, синтеза и визуализации сложных молекулярных машин. Решение Piranha используется для очистки слайдов. Это решение является высококислотным, и следует использовать с осторожностью.
