Molekulargyroskop - Molecular gyroscope

Supramolekularer Komplex aus einem Chloridion (in Grün), Cucurbit [5] Uril (Rotor, in Rot) und Cucurbit [10] Uril (Stator, in Lila), einem der ersten berichteten molekularen Gyroskope

Molekulare Gyroskope sind chemische Verbindungen oder supramolekulare Komplexe, die einen Rotor enthalten , der sich relativ zu einem Stator frei bewegt und daher als Gyroskope fungiert . Obwohl jede Einfachbindung oder Dreifachbindung es einer chemischen Gruppe ermöglicht , sich frei zu drehen, können die als Gyroskope beschriebenen Verbindungen den Rotor vor Wechselwirkungen schützen, beispielsweise in einer Kristallstruktur mit geringer Packungsdichte oder indem sie den Rotor physikalisch umgeben und einen sterischen Kontakt vermeiden . Eine qualitative Unterscheidung kann anhand der Frage getroffen werden, ob die zur Überwindung von Rotationsbarrieren erforderliche Aktivierungsenergie höher ist als die verfügbare Wärmeenergie . Wenn die erforderliche Aktivierungsenergie höher ist als die verfügbare Wärmeenergie, wird der Rotor "vor Ort ausgetauscht" und springt in diskreten Schritten zwischen lokalen Energieminima auf der potenziellen Energieoberfläche . Wenn die Wärmeenergie ausreichend höher ist als die, die zur Überwindung der Rotationsbarriere erforderlich ist, kann sich der molekulare Rotor eher wie eine makroskopisch frei rotierende Trägheitsmasse verhalten .

Ein p- Phenylen-Rotor (rot) dreht sich auf zwei Acetylen- Achsen (schwarz) zwischen zwei m- Methoxy-substituierten Trityl-Statoren (blau).

Beispielsweise mehr Studien im Jahr 2002 mit einem p - Phenylen gefunden Rotor dass einige Strukturen unter Verwendung variabler Temperatur (VT) Festkörper- ¹³ C - CPMAS und quadrupolare Echo ² H NMR eine Zwei-Stellen - Austauschrate von 1,6 MHz erkennen konnte ( über 10 ⁶ / Sekunde bei 65 ° C), beschrieben als "bemerkenswert schnell für eine Phenylengruppe in einem kristallinen Feststoff", mit sterischen Barrieren von 12–14  kcal / mol . Die tert- Butyl- Modifikation des Rotors erhöhte jedoch die Austauschrate bei Raumtemperatur auf über 10 ⁸ pro Sekunde, und die Rate für inertial rotierendes p- Phenylen ohne Barrieren wird auf ungefähr 2,4 × 10 ¹² Umdrehungen pro Sekunde geschätzt .

Verweise