Folding a Molecular Strand into a Trefoil Knot of Single Handedness with Co(II)/Co(III) Chaperones

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作者
Jiankang Zhong,Zhanhu Sun,Liang Zhang,George F. S. Whitehead,Íñigo J. Vitórica‐Yrezábal,David A. Leigh
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (31): 21762-21768
标识
DOI:10.1021/jacs.4c05953
摘要

We report the synthesis of a right-handed (Δ-stereochemistry of strand crossings) trefoil knot from a single molecular strand containing three pyrazine-2,5-dicarboxamide units adjacent to point-chiral centers and six pyridine moieties. The oligomeric ligand strand folds into an overhand (open-trefoil) knot through the assistance of coordinatively dynamic Co(II) "chaperones" that drive the formation of a three-metal-ion circular helicate. The entangled structure is kinetically locked by oxidation to Co(III) and covalently captured by ring-closing olefin metathesis to generate a trefoil knot of single topological handedness. The stereochemistry of the strand crossings in the metal-coordinated overhand knot is governed by the stereochemistry of the point-chiral carbon centers in the ligand strand. The overhand and trefoil knots were characterized by NMR spectroscopy, mass spectrometry, and X-ray crystallography. Removal of the metal ions from the knot, followed by hydrogenation of the alkene, yielded the wholly organic trefoil knot. The metal-free knot and parent ligand were investigated by circular dichroism (CD) spectroscopy. The CD spectra indicate that the topological stereochemistry of the knot has a greater effect on the asymmetry of the chromophore environment than do the point-chiral centers of the strand.

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