ナノプーティアン
ナノキッド
名前
推奨IUPAC名
2-(2,5-ビス(3,3-ジメチルブタ-1-イン-1-イル)-4-{[3,5-ジ(ペント-1-イン-1-イル)フェニル]エチニル}フェニル)-1,3-ジオキソラン
その他の名前
  • 1,3-ジオキソラン、2-[2,5-ビス(3,3-ジメチル-1-ブチン-1-イル)-4-[2-(3,5-ジ-1-ペンチン-1-イルフェニル)エチニル]フェニル]
  • ナノキッド
  • ナノプーティアン
識別子
  • 618904-86-2 チェックはい
3Dモデル（JSmol）
  • インタラクティブ画像
ケムスパイダー
  • 9528192 チェックはい
  • 11353257
ユニイ
  • Y83XMS9542 チェックはい
  • InChI=1S/C39H42O2/c1-9-11-13-15-30-25-31(16-14-12-10-2)27-32(26-30)17-18-33-28-35(20- 22-39(6,7)8)36(37-40-23-24-41-37)29-34(33)19-21-38(3,4)5/h25-29,37H,9-12,23-24H2,1-8H3
    キー: LEXBNEYPTZBYBE-UHFFFAOYSA-N
  • O1CCOC1c1c(C#CC(C)(C)C)cc(c(C#CC(C)(C)C)c1)C#Cc1cc(C#CCCC)cc(C#CCCC)c1
プロパティ
C 39 H 42 O 2
モル質量 542.763  g·mol −1
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。
チェックはい 検証する （何ですか  ？） チェックはい☒北
化合物

ナノプティアンとは、構造式が人間の形に似ている一連の有機分子のことである。[1] ジェームズ・ツアーの研究グループは、2003年に若い学生向けの化学教育シリーズの一環として、これらの化合物を設計し合成した。 [2]この化合物は、いくつかの炭素原子でつながった2つのベンゼン環を本体として、手と足を表す末端にアルキル基を持つ4つのアセチレンユニットを、そして頭部として1,3-ジオキソラン環からなる。ツアーとライス大学の彼のチームは、ナノキッズ教育アウトリーチプログラムでナノプティアンを使用した。このプログラムの目的は、子供たちに科学を効果的かつ楽しく教えることであった。彼らは、ナノプティアンを擬人化されたアニメキャラクターとして登場させるビデオをいくつか制作している。

これらの構造の構築は、薗頭カップリングをはじめとする合成技術に依存しています。1,3-ジオキソラン基を適切な環構造に置き換えることで、NanoAthlete、NanoPilgrim、NanoGreenBeretなど、様々な種類のプティアンが合成されています。脚の先端にチオール（R-SH）官能基を配置することで、金表面上に「立つ」ことが可能になります。

「ナノパティアン」は、化学物質の測定に一般的に使用される長さの単位であるナノメートルと、ジョナサン・スウィフトの小説『ガリヴァー旅行記』に登場する架空の人種であるリリパット人を組み合わせた造語です。

背景

ナノキッズ教育アウトリーチプログラム

ナノキッド分子やその既知の誘導体は、教室以外では化学的にも実用的にも利用されていませんが、ジェームズ・ツアー氏はナノキッドを生き生きとしたキャラクターに変身させ、子どもたちに科学を教えています。ナノキッドのウェブサイトに記載されているアウトリーチプログラムの目標は次のとおりです。

  • 「分子レベルでの化学、物理学、生物学、材料科学に対する学生の理解を大幅に向上させること。」
  • 「ナノスケールの科学と新しい分子技術を教えるための概念的なツールを教師に提供する。」
  • 「芸術と科学を組み合わせることで、多様な学習スタイルや興味を持つ生徒の学習を促進できることを実証する。」
  • 「ナノテクノロジーに関する情報に基づいた関心を喚起し、この分野の研究への参加と資金提供を促進する。」[3]

これらの目標を達成するために、いくつかのビデオクリップ、CD、そしてインタラクティブなコンピュータプログラムが制作されました。トゥール氏と彼のチームは、このプロジェクトに25万ドル以上を投資しました。この取り組みの資金を調達するために、トゥール氏は教授職からの無制限の資金に加え、ライス大学、ウェルチ財団、ナノテクノロジー企業Zyvex、テキサスA&M大学からの小額助成金を活用しました。また、トゥール氏は2002年に、国立科学財団の一部門である探索的研究のための小額助成金プログラムから10万ドルの助成金を受けました。[4]

動画のメインキャラクターは、ナノキッドのアニメ版です。彼らはいくつかの動画に出演し、周期表、DNA、共有結合など、様々な科学的概念を解説します。

ライス大学は、ナノキッズ教材の有効性に関する複数の研究を実施しました。これらの研究では、教室におけるナノキッズ教材の活用について、概ね肯定的な結果が得られました。2004年から2005年にかけてオハイオ州とケンタッキー州の2つの学区で行われた研究では、ナノキッズ教材の使用により、教材の理解度が10～59%向上したことが分かりました。さらに、生徒の82%がナノキッズ教材によって理科の学習がより面白くなったと感じていることも分かりました。[5]

ナノキッドの合成

ナノキッドの上半身

NanoKidと名付けられた最初のNanoPutianを作成するために、1,4-ジブロモベンゼンを硫酸でヨウ素化した。次に、この生成物に、「腕」、または3,3-ジメチルブチンをSonogashiraカップリングにより追加した。次に、この構造のホルミル化を有機リチウム試薬n-ブチルリチウムを使用して達成し、続いてN,N-ジメチルホルムアミド（DMF）でクエンチしてアルデヒドを作成した。アルデヒドを保護するために、p-トルエンスルホン酸を触媒として使用して、この構造に1,2-エタンジオールを追加した。当初、ChanteauとTourはこの構造をアルキンとカップリングすることを目指したが、その結果、目的の生成物の収率が非常に低かった。これを改善するために、リチウム-ハロゲン交換および1,2-ジヨードエタンを使用したクエンチにより、臭化物をヨウ化物に置き換えた。これで、NanoKidの上部本体の最終構造が作成されました。[1]

中心

ナノキッドの下半身

NanoPutianの下半身の合成は、ニトロアニリンを出発物質として開始する。酢酸中のBr 2の添加により、ベンゼン環に2当量の臭素が付加される。NH 2は電子供与基であり、NO 2は電子吸引基であり、どちらもNO 2置換基に対してメタ位に臭素化を誘導する。NaNO 2 、H 2 SO 4 、EtOHを添加すると、NH 2 置換基が除去される。THF/EtOH溶媒中の還元剤であるルイス酸SnCl 2 は、NO 2 をNH 2 に置換する。その後、NaNO 2、H 2 SO 4、KIを添加すると、NH 2はヨウ素に置換され、 3,5-ジブロモヨードベンゼンが得られる。この段階では、サンドマイヤー反応によって第一級アミノ基（NH 2）がジアゾニウム脱離基（N 2）に変換され、その後、ヨウ素に置換される。ヨウ素は、胃の結合における優れたカップリングパートナーとして機能し、トリメチルシリルアセチレンとの薗頭カップリングによって3,5-ジブロモ（トリメチルシリルエチニル）ベンゼンが得られる。脚の結合では、別の薗頭カップリングによって臭素置換基が1-ペンチンに置換され、3,5-（1′-ペンチニル）-1-（トリメチルシリルエチニル）ベンゼンが生成される。下半身の合成を完了するために、K 2 CO 3、MeOH、およびCH 2 Cl 2の添加による選択的脱保護によってTMS保護基が除去され、 3,5-（1′-ペンチニル）-1-エチニルベンゼンが得られる。[1]

中心

添付ファイル

ナノキッドの上部本体を下部本体に接着するために、2つの成分をビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド、ヨウ化銅(I)、TEA、THFの溶液に加えました。これにより、ナノキッドの最終構造が得られました。[1]

中心

ナノキッドの誘導体

ナノプロフェッショナルの合成

ナノプロフェッショナルは頭頂部の分子構造が異なり、帽子をかぶっている可能性もあります。そのほとんどは、ナノキッドから、p-トルエンスルホン酸を触媒として、目的の1,2-ジオールまたは1,3-ジオールとのアセタール交換反応によって合成できます。マイクロ波照射による数分間加熱処理が、ナノプロフェッショナルの最終的な製品群を形成しました。ナノプロフェッショナルは、NanoAthlete、NanoPilgrim、NanoGreenBeret、NanoJester、NanoMonarch、NanoTexan、NanoScholar、NanoBaker、NanoChefといった、多種多様なナノピューティアンです。[2]

中心

ほとんどの図形は、最も安定した形態では容易に認識できます。しかし、安定形態として認識しにくい形状を持つものもいくつかあるため、それらはより認識しやすいものの、より不安定な形で描かれることが多いです。ナノプティア人の頭飾りの視覚的描写には、多くの自由が与えられました。[2]一部の生成物はジアステレオマーの混合物として形成され、「首」の形状と「帽子」の各部分とを比較します。[1]

右

直立型ナノキッドの合成

エネルギーを最小化したナノプティアン（棒人間）の姿。Spartanを用いて決定。

3-ブチン-1-オールをメタンスルホニルクロリドおよびトリエタノールアミンと反応させ、そのメシル酸塩を生成した。このメシル酸塩を置換してチオ酢酸塩を生成した。このチオールを3,5-ジブロモ(トリメチルシリルエチニル)ベンゼンとカップリングさせ、遊離アルキンを生成した。得られた生成物である3,5-(4'-チオールアセチル-1'-ブチニル)-1-(トリメチルシリルエチニル)ベンゼンのトリメチルシリル基をテトラ-n-ブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)およびTHF中の酢酸/酢酸2Oを用いて除去した。次に、遊離アルキンを先の合成で得られた上半身生成物とカップリングさせた。これにより、保護されたチオール脚部を持つナノキッドが得られた。[1]

ナノキッドを「立たせる」ために、THF中の水酸化アンモニウムを用いてアセチル保護基を除去し、遊離チオールを生成した。次に、金メッキ基板を溶液に浸し、4日間インキュベートした。エリプソメトリーを用いて得られた化合物の厚さを測定したところ、ナノキッドが基板上に直立していることが確認された。[1]

中心

ナノプティアン鎖の合成

ナノパティアン鎖の上部合成は、1,3-ジブロモ-2,4-ジヨードベンゼンを出発物質として開始する。4-オキシトリメチルシリルブト-1-インとの薗頭カップリングにより、2,5-ビス(4-tert-ブチルジメチルシロキシ-1'-ブチニル)-1,4-ジブロモベンゼンが生成される。臭素置換基の1つは、非プロトン性極性溶媒DMF中で強塩基n-BuLiおよびTHFとのS N 2反応によりアルデヒドに変換され、2,5-ビス(4-tert-ブチルジメチルシロキシ-1'-ブチニル)-4-ブロモベンズアルデヒドが生成される。さらに、3,5-(1'-ペンチニル)-1-エチニルベンゼンとの薗頭カップリングにより、ナノパティアン鎖の下部が結合する。アルデヒド基からジエーテル「頭部」への変換は2段階で起こる。最初のステップでは、CH 2 Cl 2溶媒中にエチレングリコールとトリメチルシリルクロリド（TMSCl）を加える。THF溶媒中にTBAFを加えることで、シリル保護基が除去される。[1]

中心
右

参照

参考文献

  1. ^ abcdefgh Chanteau, SH; Tour, JM (2003). 「擬人化分子の合成：ナノピューティアン」. The Journal of Organic Chemistry . 68 (23): 8750–66 . doi :10.1021/jo0349227. PMID  14604341.
  2. ^ abc Chanteau, SH; Ruths, T.; Tour, JM (2003). 「Nanoputで芸術と科学が再集結：合成とナノスケールを一般の人々に伝える」Journal of Chemical Education . 80 (4): 395. Bibcode :2003JChEd..80..395C. doi :10.1021/ed080p395.
  3. ^ 「ナノキッズへようこそ」2013年5月6日アクセス。http://cohesion.rice.edu/naturalsciences/nanokids/.
  4. ^ 「C&EN：教育 - 『ナノキッズ』が中学校進学を目指す」2013年5月10日アクセス。http://pubs.acs.org/cen/education/8214/8214nanokids.html
  5. ^ “NanoKids - Mission”. 2007年. 2016年8月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年2月21日閲覧。
  • http://cohesion.rice.edu/naturalsciences/nanokids/index.cfm
  • http://pubs.acs.org/cen/education/8214/8214nanokids.html
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