НаноПутян

НаноКид

Имена
Предпочтительное название ИЮПАК 2-(2,5-бис(3,3-диметилбут-1-ин-1-ил)-4-{[3,5-ди(пент-1-ин-1-ил)фенил]этинил}фенил) -1,3-диоксолан
Другие имена 1,3-диоксолан, 2-[2,5-бис(3,3-диметил-1-бутин-1-ил)-4-[2-(3,5-ди-1-пентин-1-илфенил)этинил]фенил] НаноКид НаноПутян
Идентификаторы
Номер CAS	618904-86-2 И
3D модель ( JSmol )	Интерактивное изображение
ChemSpider	9528192 И
CID PubChem	11353257
УНИИ	Y83XMS9542 И
УЛЫБКИ O1CCOC1c1c(C#CC(C)(C)C)cc(c(C#CC(C)(C)C)c1)C#Cc1cc(C#CCCC)cc(C#CCCC)c1
Характеристики
Химическая формула	С39Н42О2​​​​​
Молярная масса	542,763  г·моль −1
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). И проверить  ( что такое   ?)ИН Ссылки на инфобокс

NanoPutians — это ряд органических молекул, структурные формулы которых напоминают человеческие формы. ^{[1] Исследовательская группа} Джеймса Тура разработала и синтезировала эти соединения в 2003 году как часть последовательности химического образования для молодых студентов. ^[2] Соединения состоят из двух бензольных колец, соединенных через несколько атомов углерода в качестве тела, четырех ацетиленовых единиц, каждая из которых несет алкильную группу на своих концах, что представляет руки и ноги, и 1,3-диоксоланового кольца в качестве головы. Тур и его команда в Университете Райса использовали NanoPutians в своей образовательной программе NanoKids. Целью этой программы было эффективное и увлекательное обучение детей наукам. Они сняли несколько видеороликов, в которых NanoPutians представлены как антропоморфные анимированные персонажи.

Строительство структур зависит от связи Соногаширы и других синтетических методов. Заменяя 1,3-диоксолановую группу соответствующей кольцевой структурой, были синтезированы различные другие типы путианов, например, NanoAthlete, NanoPilgrim и NanoGreenBeret. Размещение тиоловых (R-SH) функциональных групп на концах ножек позволяет им «стоять» на золотой поверхности.

«Нанопутианец» — это словосочетание слов « нанометр» (единица длины, обычно используемая для измерения химических соединений) и «лилипут» (вымышленная раса людей из романа Джонатана Свифта «Путешествия Гулливера» ) .

Хотя нет никаких химических или практических применений молекулы NanoKid или любого из ее известных производных вне класса, Джеймс Тур превратил NanoKid в реалистичного персонажа для обучения детей наукам. Цели программы по работе с общественностью, как описано на веб-сайте NanoKids, следующие:

• «Значительно повысить уровень понимания учащимися химии, физики, биологии и материаловедения на молекулярном уровне».
• «Предоставить учителям концептуальные инструменты для преподавания нанонауки и новых молекулярных технологий».
• «Продемонстрировать, что искусство и наука могут объединяться, чтобы облегчить обучение для учащихся с разными стилями обучения и интересами».
• «Создавать осознанный интерес к нанотехнологиям, который поощряет участие и финансирование исследований в этой области». ^[3]

Для достижения этих целей были созданы несколько видеоклипов, компакт-дисков, а также интерактивных компьютерных программ. Тур и его команда вложили более 250 000 долларов в свой проект. Чтобы собрать средства для этого начинания, Тур использовал неограниченные фонды своей профессорской должности и небольшие гранты от Университета Райса, Фонда Уэлча , нанотехнологической фирмы Zyvex и Техасского университета A&M . Тур также получил 100 000 долларов в 2002 году от программы малых грантов на исследовательские исследования, подразделения Национального научного фонда . ^[4]

Главные герои видео — анимированные версии NanoKid. Они снимаются в нескольких видео и объясняют различные научные концепции, такие как периодическая таблица , ДНК и ковалентная связь .

Райс провел несколько исследований эффективности использования материалов NanoKids. Эти исследования показали, что в основном результаты использования NanoKids в классе были положительными. Исследование 2004–2005 годов в двух школьных округах в Огайо и Кентукки показало, что использование NanoKids привело к повышению понимания представленного материала на 10–59%. Кроме того, было обнаружено, что 82% учащихся посчитали, что NanoKids сделали изучение науки более интересным. ^[5]

Для создания первого NanoPutian, названного NanoKid, 1,4-дибромбензол был иодирован в серной кислоте . Затем к этому продукту были добавлены «руки» или 3,3-диметилбутин посредством реакции Соногаширы . Формилирование этой структуры было затем достигнуто с помощью литийорганического реагента н-бутиллития с последующим гашением N,N-диметилформамидом (ДМФ) для создания альдегида. 1,2-этандиол был добавлен к этой структуре для защиты альдегида с использованием п-толуолсульфоновой кислоты в качестве катализатора . Первоначально Шанто и Тур намеревались соединить эту структуру с алкинами, но это привело к очень низкому выходу желаемых продуктов. Чтобы исправить это, бромид был заменен на иодид посредством обмена лития и галогена и гашения с помощью 1,2-дииодэтана . Это создало окончательную структуру верхней части для NanoKid. ^[1]

Синтез нижней части тела NanoPutian начинается с нитроанилина в качестве исходного материала. Добавление Br ₂ в уксусной кислоте помещает два эквивалента брома в бензольное кольцо. NH ₂ является электронодонорной группой , а NO ₂ является электроноакцепторной группой , которые обе направляют бромирование в мета-положение относительно заместителя NO _2. Добавление NaNO ₂ , H ₂ SO ₄ и EtOH удаляет заместитель NH _2. Кислота Льюиса SnCl ₂ , восстановитель в растворителе THF/EtOH, заменяет NO ₂ на NH ₂ , который затем заменяется йодом при добавлении NaNO ₂ , H ₂ SO ₄ и KI, давая 3,5-дибромйодбензол. На этом этапе реакция Зандмейера преобразует первичную аминогруппу (NH ₂ ) в уходящую группу диазония (N ₂ ), которая впоследствии заменяется йодом. Йод служит отличным партнером по связыванию для присоединения желудка, которое выполняется посредством связывания Соногаширы с триметилсилилацетиленом с получением 3,5-дибром(триметилсилилэтинил)бензола. Присоединение ножек заменяет заместители Br на 1-пентин через другое связывание Соногаширы с получением 3,5-(1′-пентинил)-1-(триметилсилилэтинил)бензола. Для завершения синтеза нижней части тела защитная группа TMS удаляется путем селективного снятия защиты путем добавления K ₂ CO ₃ , MeOH и CH ₂ Cl ₂ с получением 3,5-(1′-пентинил)-1-этинилбензола. ^[1]

Для присоединения верхней части NanoKid к нижней части два компонента были добавлены в раствор бис(трифенилфосфин)палладия(II)дихлорида , меди(I)иодида , ТЭА и ТГФ . Это привело к получению окончательной структуры NanoKid. ^[1]

NanoProfessionals имеют альтернативные молекулярные структуры для верхней части головы и, возможно, включают шляпу. Большинство из них можно синтезировать из NanoKid с помощью реакции обмена ацеталя с желаемым 1,2- или 1,3-диолом, используя п -толуолсульфоновую кислоту в качестве катализатора и нагревая микроволновым излучением в течение нескольких минут. Конечный набор продуктов представлял собой узнаваемо разнообразную популяцию NanoPutians: NanoAthlete, NanoPilgrim, NanoGreenBeret, NanoJester, NanoMonarch, NanoTexan, NanoScholar, NanoBaker и NanoChef. ^[2]

Большинство фигур легко узнаваемы в своей наиболее стабильной форме . У некоторых из них в качестве стабильной формы присутствует менее узнаваемая форма, поэтому их часто рисуют более узнаваемым, но менее стабильным способом. В визуальном изображении головных уборов нанопутианцев было допущено много вольностей. ^[2] Некоторые продукты образуются как смесь диастереомеров — конфигурация «шеи» по сравнению с частями «шляпы». ^[1]

3-Бутин-1-ол был подвергнут реакции с метансульфонилхлоридом и триэтаноламином для получения его мезилата . Мезилат был вытеснен для получения тиоацетата. Тиол был связан с 3,5-дибром(триметилсилилэтинил)бензолом для создания свободного алкина. Полученный продукт, 3,5-(4'-тиолацетил-1'-бутинил)-1-(триметилсилилэтинил)-бензол, имел свою триметилсилильную группу, удаленную с использованием тетра-н-бутиламмонийфторида (TBAF) и AcOH/Ac ₂ O в ТГФ. Затем свободный алкин был связан с продуктом верхней части тела из более раннего синтеза. Это привело к NanoKid с защищенными тиоловыми ножками. ^[1]

Чтобы заставить NanoKid «стоять», ацетильные защитные группы были удалены с помощью гидроксида аммония в ТГФ для создания свободных тиолов. Затем позолоченный субстрат был погружен в раствор и инкубирован в течение четырех дней. Эллипсометрия использовалась для определения полученной толщины соединения, и было установлено, что NanoKid находился в вертикальном положении на субстрате. ^[1]

Этот раздел может быть запутанным или неясным для читателей . Пожалуйста, помогите прояснить раздел . Об этом может быть обсуждение на странице обсуждения . ( Февраль 2017 ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение )

Синтез верхней части цепи NanoPutian начинается с 1,3-дибром-2,4-дииодбензола в качестве исходного материала. Сочетание Соногаширы с 4-окситриметилсилилбут-1-ином дает 2,5-бис(4-трет-бутилдиметилсилокси-1′-бутинил)-1,4-дибромбензол. Один из заместителей брома превращается в альдегид через реакцию S _N 2 с сильным основанием, n-BuLi, и ТГФ в апротонном полярном растворителе, ДМФА, с получением 2,5-бис(4-трет-бутилдиметилсилокси-1′-бутинил)-4-бромбензальдегида. Другое сочетание Соногаширы с 3,5-(1′-пентинил)-1-этинилбензолом присоединяет нижнюю часть NanoPutian. Превращение альдегидной группы в диэфирную « голову» происходит в два этапа. Первый этап включает добавление этиленгликоля и триметилсилилхлорида (TMSCl) в _{растворителе CH2Cl2} . Добавление TBAF в растворителе THF удаляет защитную группу силила. ^[1]

• Нанокар
• Нанотехнологии
• Наноструктура

• http://cohesion.rice.edu/naturalsciences/nanokids/index.cfm
• http://pubs.acs.org/cen/education/8214/8214nanokids.html