روتاكسين

الموسوعة الحرة
تمثيل بياني للروتاكسين
بنية الروتاكسان الذي يحتوي على حلقة كبيرة من السيكلوبيس (الباراكوات- ب -فينيلين) . [1]

الروتاكسان (من الكلمة اللاتينية rota  ' عجلة ' و axis  ' محور ') هو بنية جزيئية متشابكة ميكانيكيًا تتكون من جزيء على شكل دمبل يتم تمريره عبر حلقة كبيرة (انظر التمثيل البياني). يتم حبس المكونين للروتاكسان حركيًا لأن نهايات الدمبل (غالبًا ما تسمى السدادات ) أكبر من القطر الداخلي للحلقة وتمنع تفكك (فك الخيط) المكونات لأن هذا يتطلب تشويهًا كبيرًا للروابط التساهمية .

ركزت العديد من الأبحاث المتعلقة بالروتاكسانات والهياكل الجزيئية المتشابكة ميكانيكيًا الأخرى، مثل الكاتينانات ، على تركيبها الفعّال أو استخدامها كآلات جزيئية اصطناعية. ومع ذلك، تم العثور على أمثلة للبنية الفرعية للروتاكسانات في الببتيدات الطبيعية ، بما في ذلك: ببتيدات عقدة السيستين ، أو السيكلوتيدات ، أو ببتيدات اللاسو مثل ميكروسين J25.

توليف

اعتمد أقدم تخليق تم الإبلاغ عنه للروتاكسان في عام 1967 على الاحتمال الإحصائي بأنه إذا تم تفاعل نصفين من جزيء على شكل دمبل في وجود حلقة كبيرة فإن نسبة صغيرة ستتصل من خلال الحلقة. [2] للحصول على كمية معقولة من الروتاكسان، تم ربط الحلقة الكبيرة بدعامة في الطور الصلب ومعالجتها بنصفي الدمبل 70 مرة ثم فصلها عن الدعامة لإعطاء عائد بنسبة 6٪. ومع ذلك، فقد تقدم تخليق الروتاكسان بشكل كبير ويمكن الحصول على عوائد فعالة من خلال التنظيم المسبق للمكونات باستخدام الرابطة الهيدروجينية أو تنسيق المعادن أو القوى الكارهة للماء أو الروابط التساهمية أو التفاعلات الكولومبية . الاستراتيجيات الثلاث الأكثر شيوعًا لتخليق الروتاكسان هي "التغطية" و"القص" و"الانزلاق"، [3] على الرغم من وجود استراتيجيات أخرى. [4] [5] في الآونة الأخيرة، وصف لي وزملاؤه مسارًا جديدًا للهندسة المعمارية المتشابكة ميكانيكيًا والتي تتضمن مركزًا معدنيًا انتقاليًا يمكنه تحفيز التفاعل من خلال تجويف حلقة كبيرة. [6]

(أ) يتكون الروتاكسان من حلقة مفتوحة (R1) بمفصلة مرنة وبنية أوريجامي DNA على شكل دمبل (D1). تتكون مفصل الحلقة من سلسلة من تقاطعات الخيوط التي يتم فيها إدخال ثايمينات إضافية لتوفير مرونة أعلى. يتم أولاً توصيل وحدات الحلقة والمحور ووضعها بالنسبة لبعضها البعض باستخدام أطراف لزجة متكاملة بطول 18 نوكليوتيدًا على بعد 33 نانومترًا من مركز المحور (المناطق الزرقاء). ثم يتم إغلاق الحلقة حول محور الدمبل باستخدام خيوط الإغلاق (الحمراء)، تليها إضافة خيوط التحرير التي تفصل الدمبل عن الحلقة عبر إزاحة الخيوط بوساطة إصبع القدم. (ب) نماذج ثلاثية الأبعاد وصور المجهر الإلكتروني النافذ المتوسطة المقابلة لهيكل الحلقة والدمبل. (ج) صور المجهر الإلكتروني النافذ للروتاكسان المجمع بالكامل (R1D1). (د) نماذج ثلاثية الأبعاد، صور متوسطة وصور مجهر إلكتروني نافذ لجسيم واحد من R2 وD2، وحدات فرعية من تصميم بديل للروتاكسان يحتوي على عناصر هيكلية منحنية. تتوافق صور المجهر الإلكتروني النافذ لهيكل الحلقة مع التكوينات المغلقة (الأعلى) والمفتوحة (الأسفل). (هـ) تمثيل ثلاثي الأبعاد وصور مجهر إلكتروني نافذ للروتاكسان R2D2 المجمع بالكامل. شريط المقياس، 50 نانومتر. [7]

تغطية

يمكن إجراء تخليق الروتاكسان من خلال آلية "التغطية" أو "القص" أو "الانزلاق" أو "القالب النشط"

يعتمد التخليق عن طريق طريقة التغطية بشكل كبير على تأثير القالب المدفوع بالديناميكية الحرارية؛ أي أن "الخيط" يتم تثبيته داخل "الدورة الكبرى" من خلال تفاعلات غير تساهمية، على سبيل المثال، تتضمن عمليات الروتاكسين مع دورات كبيرة من السيكلوديكسترين استغلال التأثير الكاره للماء. ثم يتم تحويل هذا المركب الديناميكي أو شبه الروتاكسين إلى الروتاكسين عن طريق تفاعل أطراف الضيف الملولب مع مجموعات كبيرة، مما يمنع التفكك. [8]

قص

تشبه طريقة القطع تفاعل التغطية باستثناء أن الجزيء على شكل دمبل في هذه الحالة يكون كاملاً ومرتبطًا بدورة جزئية كبيرة. ثم تخضع الدورة الجزئية الكبيرة لتفاعل إغلاق حلقة حول الجزيء على شكل دمبل، مما يؤدي إلى تكوين الروتاكسان. [9]

انزلاق

طريقة الانزلاق هي طريقة تستغل الاستقرار الديناميكي الحراري [10] للروتاكسين. إذا كانت المجموعات الطرفية للدمبل ذات حجم مناسب، فسوف تكون قادرة على المرور عبر الدورة الكبيرة بشكل عكسي عند درجات حرارة أعلى. من خلال تبريد المركب الديناميكي، يصبح محاصرًا حركيًا كروتاكسين عند درجة الحرارة المنخفضة.

التقاط الصور

تتضمن عملية الالتقاط جزأين منفصلين من الخيط، يحتوي كلاهما على مجموعة ضخمة. يتم بعد ذلك ربط جزء واحد من الخيط بالدورة الكبيرة، لتشكيل شبه روتاكسين، ويتم إغلاق النهاية بواسطة الجزء الآخر من الخيط لتشكيل روتاكسين.

منهجية "القالب النشط"

بدأ لي وزملاؤه مؤخرًا في استكشاف استراتيجية يمكن من خلالها للأيونات القالبية أيضًا أن تلعب دورًا نشطًا في تعزيز التفاعل النهائي الحاسم لتكوين الرابطة التساهمية الذي يلتقط البنية المتشابكة (أي أن المعدن له وظيفة مزدوجة، حيث يعمل كقالب لتشابك المواد الأولية وتحفيز تكوين الرابطة التساهمية بين المتفاعلات).

التطبيقات المحتملة

بنية الروتاكسان مع حلقة كبيرة من ألفا- سيكلوديكسترين . [11]

الآلات الجزيئية

رسوم متحركة لمكوك روتاكسان الجزيئي الخاضع للتحكم بدرجة الحموضة

كانت الآلات الجزيئية القائمة على الروتاكسان موضع اهتمام أولي لاستخدامها المحتمل في الإلكترونيات الجزيئية كعناصر تبديل جزيئية منطقية وكمكوكات جزيئية . [12] [13] تعتمد هذه الآلات الجزيئية عادةً على حركة الدورة الكبيرة على الدمبل. يمكن أن تدور الدورة الكبيرة حول محور الدمبل مثل العجلة والمحور أو يمكن أن تنزلق على طول محورها من موقع إلى آخر. يسمح التحكم في موضع الدورة الكبيرة للروتاكسان بالعمل كمفتاح جزيئي، حيث يتوافق كل موقع ممكن للدورة الكبيرة مع حالة مختلفة. يمكن التلاعب بآلات الروتاكسان هذه من خلال كل من المدخلات الكيميائية [14] والكيميائية الضوئية. [15] كما ثبت أن الأنظمة القائمة على الروتاكسان تعمل كعضلات جزيئية. [16] [17] في عام 2009، كان هناك تقرير عن "تأثير الدومينو" من طرف إلى آخر في آلة جزيئية من الجلايكوروتاكسان. في هذه الحالة، يمكن التحكم في تكوين الكرسي 4 C 1 أو 1 C 4 لسدادة مانو بيرانوسيد ، اعتمادًا على موقع الحلقة الكبيرة. [18] في عام 2012، تم الإبلاغ عن حلقات كبيرة زائفة فريدة تتكون من آلات جزيئية مزدوجة اللاسو (تسمى أيضًا حلقات روتاماكرو) في Chem. Sci. يمكن شد أو فك هذه الهياكل اعتمادًا على درجة الحموضة. كما لوحظت حركة حبل القفز القابلة للتحكم في هذه الآلات الجزيئية الجديدة. [19]

صبغات فائقة الثبات

يعتمد التطبيق المحتمل كأصباغ طويلة الأمد على الاستقرار المعزز للجزء الداخلي من الجزيء على شكل دمبل. [20] [21] أثبتت الدراسات التي أجريت على أصباغ روتاكسان الأزو المحمية بالسيكلوديكسترين هذه الخاصية. كما ثبت أن أصباغ السكوايرين الأكثر تفاعلية تتمتع باستقرار معزز من خلال منع الهجوم النووي لجزيء السكوايرين الداخلي . [22] يُعزى الاستقرار المعزز لأصباغ روتاكسان إلى التأثير العازل للدورة الكبيرة ، والتي تكون قادرة على منع التفاعلات مع الجزيئات الأخرى.

التسجيل النانوي

في تطبيق التسجيل النانوي، [23] يتم ترسيب نوع معين من الروتاكسان كفيلم لانجموير-بلودجيت على زجاج مطلي بأكسيد الإنديوم والقصدير . عندما يتم تطبيق جهد موجب بطرف مسبار المجهر النفقي الماسح ، فإن حلقات الروتاكسان في منطقة الطرف تتحول إلى جزء مختلف من الدمبل والتكوين الجديد الناتج يجعل الجزيئات تبرز لمسافة 0.3 نانومتر من السطح. هذا الاختلاف في الارتفاع كافٍ لنقطة الذاكرة. لم يُعرف بعد كيفية محو مثل هذا الفيلم للتسجيل النانوي.

التسمية

التسمية المقبولة هي تحديد عدد مكونات الروتاكسان بين قوسين كبادئة. [24] لذلك، فإن الروتاكسان الذي يتكون من جزيء محوري واحد على شكل دمبل مع حلقة كبيرة واحدة حول عموده يسمى [2]روتاكسان، وجزيئين من السيانوستار حول مجموعة الفوسفات المركزية للديالكيلفوسفات هما [3]روتاكسان.

انظر أيضا

يوجد في ويكيميديا ​​كومنز وسائط متعلقة بـ Rotaxanes .

مراجع

  1. ^ برافو، خوسيه أ.؛ رايمو، فرانسيسكو م.؛ ستودارت، ج. فريزر؛ وايت، أندرو ج. ب؛ ويليامز، ديفيد ج. (1998). "التوليفات الموجهة بالقالب عالية الغلة لـ [2] روتاكسانات". المجلة الأوروبية للكيمياء العضوية. 1998 (11): 2565–2571. doi :10.1002/(SICI)1099-0690(199811)1998:11<2565::AID-EJOC2565>3.0.CO;2-8.
  2. ^ هاريسون، إيان توماس؛ هاريسون، شوين. (1967). "تخليق مركب مستقر من حلقة كبيرة وسلسلة ملولبة". مجلة الكيمياء الأمريكية 89 (22): 5723-5724. doi :10.1021/ja00998a052.
  3. ^ أريكو، ف. (2005). "التركيب القالبي للجزيئات المتشابكة". قوالب في الكيمياء الجزء الثاني . المجلد 249. ص 203-259. doi :10.1007/b104330. hdl :10278/33611. ISBN 978-3-540-23087-8. {{cite book}}: |journal=تم تجاهله ( مساعدة )
  4. ^ Yoon, I; Narita, M; Shimizu, T; Asakawa, M (2004). "بروتوكول الترابط المتبوع بالانكماش لتخليق [2]Rotaxane الذي يشتمل على جزء من Pd(II)-Salophen". J. Am. Chem. Soc. 126 (51): 16740–16741. doi :10.1021/ja0464490. PMID  15612709.
  5. ^ كاميتا، ن؛ هيراتاني، ك؛ ناجاوا، ي (2004). "تركيب جديد للروتاكسانات الكيرالية عبر تكوين رابطة تساهمية". مجلة الكيمياء (51): 466-467. doi :10.1039/b314744d. PMID  14765261.
  6. ^ Aucagne, V; Berna, J; Crowley, JD; Goldup, SM; Hänni, KD; Leigh, DA; Lusby, PJ; Ronaldson, VE; Slawin, AM; Viterisi, A; Walker, DB (2007). "التوليف التحفيزي "للمعادن النشطة" لـ [2]rotaxanes و[3]rotaxanes والمكوكات الجزيئية، وبعض الملاحظات حول آلية إضافة حلقة الأزيد-الألكاين المحفزة بـ Cu(I) 1,3". J. Am. Chem. Soc. 129 (39): 11950–11963. doi :10.1021/ja073513f. PMID  17845039.
  7. ^ List, Jonathan; Falgenhauer, Elisabeth; Kopperger, Enzo; Pardatscher, Günther; Simmel, Friedrich C. (2016). "الحركة طويلة المدى لهياكل نانوية كبيرة متشابكة ميكانيكيًا للحمض النووي". Nature Communications . 7 : 12414. Bibcode :2016NatCo...712414L. doi :10.1038/ncomms12414. PMC 4980458. PMID  27492061 . 
  8. ^ "Rotaxane by capping". youtube.com . 10 مارس 2017.
  9. ^ روميرو، أنطونيو (10 مارس 2017). "روتاكسين عن طريق تغطية ثلاثية الأبعاد". روتاكسين عن طريق تغطية ثلاثية الأبعاد . فيديو ثلاثي الأبعاد.
  10. ^ كارسون جيه برونز؛ ج. فريزر ستودارت (7 نوفمبر 2016). طبيعة الرابطة الميكانيكية: من الجزيئات إلى الآلات. جون وايلي وأولاده. ص 271-. ISBN 978-1-119-04400-0.
  11. ^ Stanier, Carol A.; o'Connell, Michael J.; Anderson, Harry L.; Clegg, William (2001). "تخليق مركبات الستيلبين الفلورية ومركبات الروتاكسان التولانية عن طريق اقتران سوزوكي". Chem. Commun. (5): 493–494. doi :10.1039/b010015n.
  12. ^ Schalley, CA; Beizai, K; Vögtle, F (2001). "On the Way to Rotaxane-Based Molecular Motors: Studies in Molecular Mobility and Topological Chirality". Acc. Chem. Res. 34 (6): 465–476. doi :10.1021/ar000179i. PMID  11412083.
  13. ^ Sauvage, JP (1999). "Rotaxanes and Catenanes in Motion: Toward Molecular Machines and Motors". ChemInform . 30 (4): no. doi :10.1002/chin.199904221.
  14. ^ Coutrot, F.; Busseron, E. (2008). "آلة جزيئية جديدة لغليكوروتاكسين تعتمد على محطة أنيلينيوم وتريازوليوم". Chem. Eur. J. 14 (16): 4784–4787. doi :10.1002/chem.200800480. PMID  18409178.
  15. ^ Serreli, V; Lee, CF; Kay, ER; Leigh, DA (2007). "Exercising Demons: A Molecular Information Ratchet". Nature . 445 (7127): 523–527. Bibcode :2007Natur.445..523S. doi :10.1038/nature05452. PMID  17268466. S2CID  4314051.
  16. ^ Coutrot, F; Romuald, C; Busseron, E (2008). "آلة جزيئية جديدة قابلة للتبديل بين الأس الهيدروجيني من نوع Dimannosyl [c2] Daisy Chain". Org. Lett. 10 (17): 3741–3744. doi :10.1021/ol801390h. PMID  18666774.
  17. ^ رادا كيشان، م؛ بارهام، أ؛ شيلهاس، ف؛ يونيفا، أ؛ سيلفا، ج؛ تشن، إكس؛ أوكاموتو، ي؛ فوجتل، ف (2006). "ربط عجلات روتاكسان - بونانيس حلقي الشكل". أنجو. كيمياء. إد. 45 (43): 7296-7299. doi :10.1002/anie.200602002. PMID  17029314.
  18. ^ Coutrot, F.; Busseron, E. (2009). "التحكم في تكوين الكرسي لمانوبيرانوز في آلة جزيئية ذات سعة كبيرة [2]Rotaxane". Chem. Eur. J. 15 (21): 5186–5190. doi :10.1002/chem.200900076. PMID  19229918.
  19. ^ روموالد، كاميل؛ أردا، آنا؛ كلافيل، كارولين؛ جيمينيز-باربيرو، خيسوس؛ كوتروت، فريديريك (2012). "شد أو فك آلة جزيئية مزدوجة اللاسو حساسة لدرجة الحموضة يتم تصنيعها بسهولة من سلسلة ديزي [c2] مفعلة بالنهايات". الكيمياء. العلوم. 3 (6): 1851-1857. doi :10.1039/C2SC20072D. hdl : 10261/60415 .
  20. ^ بوستون، جوناثان إي إتش؛ يونج، جيمس آر؛ أندرسون، هاري إل. (2000). "أصباغ السيانين المغلفة بالروتاكسان: كفاءة فلورية محسنة وثبات ضوئي". مجلة الكيمياء (11): 905-906. doi :10.1039/b001812k.
  21. ^ Craig, MR; Hutchings, MG; Claridge, TD; Anderson, HL (1998). "Rotaxane-Encapsulation Enhances the Stability of an Azo Dye, in Solution and when Bonded to Cellulose". Angew. Chem. Int. Ed. 40 (6): 1071–1074. doi : 10.1002/1521-3773(20010316)40:6<1071::AID-ANIE10710>3.0.CO;2-5 . PMID  11268077.
  22. ^ Arunkumar, E; Forbes, CC; Noll, BC; Smith, BD (2005). "Squaraine-Derived Rotaxanes: Sterically Protected Fluorescent Near-IR Dyes" (PDF) . J. Am. Chem. Soc. 127 (10): 3288–3289. doi :10.1021/ja042404n. PMID  15755140. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2022-10-09.
  23. ^ Feng, M; Guo, X; Lin, X; He, X; Ji, W; Du, S; Zhang, D; Zhu, D; Gao, H (2005). "التسجيل النانوي المستقر والقابل للتكرار على أغشية روتاكسان الرقيقة". J. Am. Chem. Soc. 127 (44): 15338–15339. doi :10.1021/ja054836j. PMID  16262375.
  24. ^ ييرين، أندري؛ ويلكس، إدوارد س؛ موس، جيرارد ب؛ هارادا، أكيرة (2008). "تسمية الروتاكسانات والسودوروتاكسانات (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية 2008)". الكيمياء البحتة والتطبيقية . 80 (9): 2041-2068. doi : 10.1351/pac200880092041 .
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=روتاكسان&oldid=1227445516"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate