A multistage rotational speed changing molecular rotor regulated by pH and metal cations.
A multistage rotational speed changing molecular rotor regulated by pH and metal cations.
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pH值和金属阳离子调节的多级变速分子转子
DOI：
10.1038/s41467-018-04323-4
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发表时间：
2018-05-16
影响因子：
16.6
通讯作者：
Wang Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wu Y;Wang G;Li Q;Xiang J;Jiang H;Wang Y
尽管在构建纳米机器方面有着重要的应用，但在宽频率范围内进行多级转速调制的分子转子尚未得到很好的建立。在这里，我们报告了一种刺激响应分子转子的发现，其在从慢到快的范围内的旋转速度可以被调节到由酸/碱和金属阳离子触发的至少四个阶段。转子本身在环境温度或升高的温度下快速旋转，但由于产生的分子内静电斥力，在去质子化后显示出受限的旋转。随后添加 Li+ 或 Na+ 阳离子引入静电桥以稳定去质子化转子的过渡态，从而产生依赖于阳离子半径的旋转加速，从而使转子以中速运行。所有刺激都是高度可逆的。我们的研究提供了一种构建多级转速变化分子转子以及实用纳米机器的概念方法。
Despite having significant applications in building nanomachines, molecular rotors with the rotational speed modulations to multiple stages in a wide range of frequency have not yet been well established. Here, we report the discovery of a stimuli-responsive molecular rotor, the rotational speed of which in the slow-to-fast range could be modulated to at least four stages triggered by acid/base and metal cations. The rotor itself rotates rapidly at ambient or elevated temperature but displays a restricted rotation after deprotonation due to the produced intramolecular electrostatic repulsion. Subsequent addition of Li+or Na+cations introduces an electrostatic bridge to stabilize the transition state of the deprotonated rotor, thus giving a cation-radius-dependent acceleration of the rotation to render the rotor running at a mid-speed. All the stimuli are highly reversible. Our studies provide a conceptual approach for constructing multistage rotational-speed-changing molecular rotors, and further, the practical nanomachines.
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