Nanohoop Rotaxanes from Active Metal Template Syntheses and Their Potential in Sensing Applications

Abstract

The unique optoelectronic properties and smooth, rigid pores of macrocycles with radially oriented p systems render them fascinating candidates for the design of novel mechanically interlocked molecules with new properties.T wo high-yielding strategies are used to prepare nanohoop [2]rotaxanes,which owing to the p-rich macrocycle are highly emissive. Then, metal coordination, an intrinsic property afforded by the resulting mechanical bond, can lead to molecular shuttling as well as modulate the observed fluorescence in both organic and aqueous conditions.Inspired by these findings,aself-immolative [2]rotaxane was then designed that self-destructs in the presence of an analyte,e liciting as trong fluorescent turn-on response,s erving as proof-of-concept for an ew type of molecular sensing material. More broadly,this work highlights the conceptual advantages of combining compact p-rich macrocyclic frameworks with mechanical bonds formed via active-template syntheses.

The Supramolecular Chemistry of Strained Carbon Nanohoops

“…b) Structure and Pd II ‐ (top) as well as F − ‐induced emission (bottom) of rotaxanes 25 and 26 , adapted from Ref. with permission from the American Chemical Society, Copyright (2019). c) High‐resolution TEM image of 27 ⊃ SWCNT (middle), model structure, and corresponding TEM image simulation (right).…”

“…Two types of [2]rotaxanes based on small nanohoops featuring ortho ‐substituted pyridine moieties (Figure b, n =1, 3), were recently prepared by the Jasti group . The ortho substitution pattern alleviates much of the strain that would be present in the similarly sized nanohoops [6]CPP and [9]CPP and disrupts radial conjugation, which likely affects the photoluminescence of these macrocycles.…”

Supramolekulare Chemie von gespannten Kohlenstoffnanoreifen

“…b) Struktur sowie Pd II ‐ (oben) sowie F − ‐induzierte (unten) Emission der Rotaxane 25 und 26 , übernommen aus Lit. mit der Genehmigung der American Chemical Society, Copyright (2019). c) Hochaufgelöste TEM‐Abbildung von 27 ⊃ CNT (Mitte), Modellstruktur und entsprechende Simulation der TEM‐Abbildung (rechts), übernommen aus Lit.…”

“…Zwei Arten von [2]Rotaxanen auf der Basis kleiner Nanoreifen mit zweifach ortho ‐substituierten Pyridinen (Abbildung b) wurden kürzlich von der Jasti‐Gruppe hergestellt . Das ortho ‐Substitutionsmuster verringert einen Großteil der Spannung, die bei ähnlich großen Nanoreifen [6]CPP und [9]CPP zu erwarten ist, und stört die radiale Konjugation, wodurch wahrscheinlich die Photolumineszenz dieser Makrozyklen beeinflusst wird.…”

“…Zwei Arten von [2]Rotaxanen auf der Basis kleiner Nanoreifen mit zweifach ortho-substituierten Pyridinen (Abbildung 14 b) wurden kürzlich von der Jasti-Gruppe hergestellt. [125] Das ortho-Substitutionsmuster verringert einen Großteil der Spannung,d ie bei ähnlich großen Nanoreifen [6] [126][127][128] entwickelt, bei dem Ringe um einwandige Kohlenstoff-Nanorçhren (SWCNTs) zuschnappen (Clipping) und so einen attraktiven Ansatz zur Funktionalisierung dieser Nanomaterialien und deren Bearbeitung in Lçsung bieten. Ohe und Mitarbeiter haben einen "Ringe werfen"-Ansatz entwickelt, bei dem die spontane Wechselwirkung von p-konjugierten Kohlenstoff-Nanoreifen (p-vergrçßerte Derivate von [8]CPPA, [9]CPPA und [10]CPPA)u nd SWCNTs genutzt wird, wodurch die resultierenden Materialien am besten als Poly-Pseudorotaxane beschrieben werden kçnnen.…”