Makrocyclische Cyclophane bilden röhrenartige
Strukturen, die kleinere Moleküle aufnehmen können.
Jedes Kind ist fasziniert von der "russischen
Puppe": wenn man die größte äußere Holzfigur öffnet, findet sich darin
eine zweite, kleinere, die fast identisch aussieht. Diese lässt sich
wiederum öffnen und so weiter ? Dieses Spielzeug mag auch T. Shinmyozu,
H. Takemura, M. Yasutake und K. Sato aus Japan dazu inspiriert haben,
ihr Cyclophan im Cyclophan zu synthetisieren.
Cyclophane sind nichtplanare polycyclische Arene,
Benzolringe, bei denen zwei gegenüberliegende C-Atome über
Henkelverbindungen verknüpft sind. Der einfachste Vertreter wäre ein
Benzolring als "Korb", mit einem Alkan als "Henkel". Daraus kann man
natürlich noch keine Röhren bauen, deshalb synthetisierten die
japanischen Wissenschaftler größere Ringe aus mehreren Bausteinen,
deren Öffnung ausreicht, um auch größere Moleküle zu umschließen. Dazu
ließen sie Pyromellithsäuredianhydrid
(Benzol-1,2,4,5-tetracarbonsäure-Dianhydrid) mit
1,4-Bis(aminomethyl)-2,5-dimethoxybenzol reagieren. Die Säureanhydride
bildeten mit den Aminogruppen Säureimide, und dabei entstanden starre
Ringe aus insgesamt sechs Bausteinen, wobei sich immer eine Säureimid-
und eine Dimethoxybenzoleinheit abwechselten.
Röntgenstrukturanalysen zeigten, dass diese Ringe
nicht gleichmäßig rund, sondern eher wie ein Dreieck geformt waren.
Der Durchmesser des Ringes betrug an der breitesten Stelle 1.2-1.3 nm.
Das reichte aus, um zwei Moleküle des Lösungsmittels p-Xylol
aufzunehmen. Dabei stapelten sich die Cyclophanringe und bildeten so
regelmäßige, längere Röhren. Wurde als Lösungsmittel für die
Kristallisation nicht p-Xylol, sondern Toluol verwendet, so konnten
die Ringe sogar drei Lösungsmittelmoleküle aufnehmen. Allerdings
bildeten sich dann keine gleichmäßigen Röhren mehr, sondern die Ringe
ordneten sich zu zickzackartigen Gebilden an.
Besonders interessant schien es nun, noch größere
Moleküle in die Ringe einzuschleusen, zum Beispiel ein kleineres
Cyclophan bestehend aus drei Benzolringen, die jeweils über eine C2H4
-Brücke miteinander verbunden waren. Dieses kleine Cyclophan hatte
ebenfalls eine Dreiecksstruktur und konnte sich - ähnlich wie die
"Puppe in der Puppe" - in das größere Cyclophan einlagern. Auch diese
Komplexe ordneten sich zu gleichmäßigen, längeren Röhren an.
