Bidirectional Molecular Motors by Controlling Threading and Dethreading Pathways of a Linked Rotaxane

线程(蛋白质序列) 轮烷 分子马达 计算机科学 材料科学 化学 纳米技术 结晶学 超分子化学 生物化学 蛋白质结构 晶体结构
作者
Hiromichi V. Miyagishi,Hiroshi Masai,Jun Terao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202414307
摘要

Artificial molecular motors have been presented as models for biological molecular motors. In contrast to the conventional artificial molecular motors that rely on covalent bond rotation, molecular motors with mechanically interlocked molecules (MIM) have attracted considerable attention owing to their ability to generate significant rotational motion by dynamically shuttling macrocyclic components. The topology of MIM-type rotational molecular motors is currently limited to catenane structures, which require intricate synthetic procedures that typically produce a low synthetic yield. In this study, we develop a novel class of MIM-type molecular motors with a rotaxane-type topology. The switching of the threading/dethreading pathways of the linked rotaxane by protecting/deprotecting the bulky stopper group and changing the solvent polarity enables a net unidirectional rotation of the molecular motor. The threading/dethreading reaction rates were quantitatively evaluated through detailed spectroscopic investigations. Repeated net unidirectional rotation and switching of the direction of rotation were also achieved. Our findings demonstrate that linked rotaxanes can serve as MIM-type molecular motors with reversible rotational direction controlled by threading/dethreading reactions. These motors hold potential as components of molecular machinery.

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