分子ボロミアン環

化学において、分子ボロミアン環は、3つのマクロサイクルが連結され、いずれかのマクロサイクルを切断すると他のマクロサイクルが解離できるような方法で連結された、機械的に連結された分子構造の一例である。これらはボロミアン環の最小の例である。分子ボロミアン環の合成は、2004年にJ.フレイザー・ストッダートのグループによって報告された。いわゆるボロミエートは、亜鉛の錯体としてテンプレート化された自己組織化によって形成された3つの相互浸透したマクロサイクルで構成される。^[1]

大環状系の合成には、2つの有機構成要素である2,6-ジホルミルピリジン（ピリジン環の窒素原子に対してオルト位にアルデヒド基を2つ持つ芳香族化合物）とメタ位に置換された2,2'-ビピリジン基を含む対称ジアミンの自己組織化が関与する。反応のテンプレートとして酢酸亜鉛を加えると、 6つの五配位錯体形成部位のそれぞれに1つの亜鉛カチオンが形成される。イミン結合形成反応を触媒するためにトリフルオロ酢酸（TFA）を加える。^[1]三環ボロミエートの製造には合計18個の前駆体分子が関与し、構成要素が12個の芳香族π-π相互作用と30個の亜鉛対窒素配位結合を介して自己組織化することによってのみ可能となる。これらの相互作用により、ボロミエートは、潜在的に他の多くの反応生成物の中で熱力学的に最も安定した反応生成物である。起こるすべての反応が平衡状態にあるため、ボロミエート（Borromeate）が主な反応生成物となる。^[1]

エタノール中の水素化ホウ素ナトリウムで還元すると、中性のボロメアンドが得られる。^[2]亜鉛が除去されると、3つのマクロサイクルは化学的に結合しなくなり、「環のうち1つが除去されても他の2つが分離できるように機械的に絡み合った状態」のままになる。^[3]ボロメアンドは、この構造で1つのイミン結合（アミンとアセタールへの結合）が切断されるだけで、3つの構成マクロサイクル間の機械的結合が切断され、他の2つの個々の環が解放されるため、真のボロメアン系である。^[1]^[2] ボロメアンドは、3つのマクロサイクルのいずれも他のマクロサイクルと連結されていない点で[ 3]カテナンと異なる。[3]カテナンの1つの結合が切断され、環が除去されると、[2]カテナンが残る可能性がある。^[4]

左から右へ：ボロメート中のピリジン基および直交ビピリジン基を有する亜鉛錯体。亜鉛配位の除去によるボロメートへの還元。エタノールの作用によるイミンのアセタールへの結合切断

この一見複雑に見える化合物の有機合成は、実際にはかなり単純です。このため、ストッダートグループは、これを学部の有機化学コースのグラム規模の実験活動として提案しました。^[5]

参照

参考文献

^ abcde カンザス州チチャック;カントリル、サウスカロライナ州。アーカンソー州ピーズ。チウ、S.-H.洞窟、GWV。ＪＬ、アトウッド。JF ストッダート(2004)。「分子ボロメアン環」(PDF)。科学。304 (5675): 1308 ～ 1312 年。Bibcode :2004Sci...304.1308C。土井：10.1126/science.1096914。PMID 15166376。S2CID 45191675 。
^ ab Peters, Andrea J.; Chichak, Kelly S.; Cantrill, Stuart J.; Stoddart, J. Fraser (2005). 「ナノスケールボロメアンリンクは現実のもの」。Chemical Communications (27): 3394–6. doi :10.1039/B505730B. PMID 15997275.
^ Yaghi, Omar M. ; Kalmutzki, Markus J.; Diercks, Christian S. (2019). 「共有結合性有機骨格の発見に関する歴史的展望」網状化学入門: 金属有機骨格と共有結合性有機骨格。Wiley-VCH。 p. 188。ISBN 9783527821082。
^ Wolf, Christian (2008). 「トポロジカル異性とキラリティー」.キラル化合物の動的立体化学: 原理と応用. RSC Publishing . pp. 466–467. ISBN 9780854042463。
^ Pentecost, Cari D.; Tangchaivang, Nicholas; Cantrill, Stuart J.; Chichak, Kelly S.; Peters, Andrea J.; Stoddart, J. Fraser ( 2007). 「分子ボロミアン環の作製。学部生向け有機合成実験のためのグラムスケール合成手順」。Journal of Chemical Education。84 ( 5): 855。Bibcode : 2007JChEd..84..855P。doi :10.1021/ed084p855。

外部リンク

フリーマントル、マイケル (2004 年 5 月 31 日)。「分離不可能な結合における 3 つのリング」。化学工学ニュース。82 (22): 5. doi :10.1021/cen-v082n022.p005。
ボロメオ化学概要ウェブサイト

[stoddart-1] カンザス州チチャック;カントリル、サウスカロライナ州。アーカンソー州ピーズ。チウ、S.-H.洞窟、GWV。ＪＬ、アトウッド。JF ストッダート(2004)。「分子ボロメアン環」(PDF)。科学。304 (5675): 1308 ～ 1312 年。Bibcode :2004Sci...304.1308C。土井：10.1126/science.1096914。PMID 15166376。S2CID 45191675 。

[Peters-2] Peters, Andrea J.; Chichak, Kelly S.; Cantrill, Stuart J.; Stoddart, J. Fraser (2005). 「ナノスケールボロメアンリンクは現実のもの」。Chemical Communications (27): 3394–6. doi :10.1039/B505730B. PMID 15997275.

[3] Yaghi, Omar M. ; Kalmutzki, Markus J.; Diercks, Christian S. (2019). 「共有結合性有機骨格の発見に関する歴史的展望」網状化学入門: 金属有機骨格と共有結合性有機骨格。Wiley-VCH。 p. 188。ISBN 9783527821082。

[4] Wolf, Christian (2008). 「トポロジカル異性とキラリティー」.キラル化合物の動的立体化学: 原理と応用. RSC Publishing . pp. 466–467. ISBN 9780854042463。

[5] Pentecost, Cari D.; Tangchaivang, Nicholas; Cantrill, Stuart J.; Chichak, Kelly S.; Peters, Andrea J.; Stoddart, J. Fraser ( 2007). 「分子ボロミアン環の作製。学部生向け有機合成実験のためのグラムスケール合成手順」。Journal of Chemical Education。84 ( 5): 855。Bibcode : 2007JChEd..84..855P。doi :10.1021/ed084p855。