分子マシン②解答編

前回の記事ではロタキサンを紹介しました

ロタキサンとは、環に軸が貫通した構造を有する分子のことです

特に[1]ロタキサンとは、下図のように環と軸が連結されているものを指すのでした

ここで、前回同様に某ラボ限定の話をしますが、黄色い軸はベンゼン-アセチレン-ベンゼンという配列を有するトラン骨格であり、青い輪っかは環状分子であるシクロデキストリン(CD)を表しています

このような[1]ロタキサンが形成されるには、下図のような2通りの過程が考えられます

1つ目の最もシンプルな場合、すなわち特に制約がない場合では、トランの尾(Tail)よりも先に頭(Head)からCDの中へ入ります

これによって[1]ロタキサンが形成されます

そして、2つ目のHeadが大きい場合では、その立体障害のため、Headからの[1]ロタキサン形成が起こりえません

ただ、このような場合であっても[1]ロタキサン自体は形成されますので、その過程を前回の出題編で問うていたのでした

解答

本記事は、その解答編となります

Headからでは無理ということで、もうお分かりかもしれませんが、答えはTailからの[1]ロタキサン形成です

ただし、Tailからの[1]ロタキサン形成を正しくイメージするのは難しいため、それを解説します

まず着目すべきは、CDの構造です

CDは、糖である分子6つからなる分子で、その1つ1つのグルコースが回転可能です

これは以下の図から分かるように、グルコース同士を繋ぐ単結合が回転可能であるためです

これは3D概念図で表現すると、下図の通りとなります

（画像のテイストが変わっていますが、これはCDです）

このような過程は、Flippingと呼ばれています

最後に、このFlippingを引き起こしているグルコースに、軸分子が連結していれば、ロタキサン形成につながります

これは下図の通りです

図では、かなり長いトラン骨格を軸分子として用いましたが、TailからCDへ入るため、[1]ロタキサン形成が可能となります

このため、この手法は様々な分子に適用可能であり、ロタキサン構造を得るための優れた手法であると言えるでしょう

皆さんは、正しくイメージできたでしょうか？

もし初見で分かったのならば、かなりすごいことだと思います

最後に、このようなFlippingを介して進行する[1]ロタキサン形成過程を3Dアニメーションにしました

ぜひご覧ください

【引用リスト】