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Bazzoni M, Andreoni L, Silvi S, Credi A, Cera G, Secchi A, Arduini A. Selective access to constitutionally identical, orientationally isomeric calix[6]arene-based [3]rotaxanes by an active template approach. Chem Sci 2021; 12:6419-6428. [PMID: 34084442 PMCID: PMC8115267 DOI: 10.1039/d1sc00279a] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/28/2022] Open
Abstract
Tris(phenylureido)calix[6]arene is endowed with unique properties that make it a valuable macrocyclic component for the synthesis of mechanically interlocked molecules. Its three-dimensional and intrinsically nonsymmetric structure is kinetically selective toward two processes: (i) in apolar media, the threading of bipyridinium based axle-like components takes place exclusively from the upper rim; (ii) SN2 alkylation reactions of a pyridylpyridinium precursor engulfed in the cavity occur selectively at pyridylpyridinium nitrogen atom located at the macrocycle upper rim (active template synthesis). Here we exploit such properties to prepare two series of [3]rotaxanes, each consisting of three sequence isomers that arise from the threading of two identical but nonsymmetric wheels on a symmetric thread differing only for the reciprocal orientation of the macrocycles. The features of the calix[6]arene and the active template synthetic approach, together with a careful selection of the precursors, enabled us to selectively synthesise the [3]rotaxane sequence isomers of each series with fast kinetics and high yields. Expedient access to a series of spatially controlled oriented [3]rotaxane isomers via a metal-free active template approach.![]()
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Affiliation(s)
- Margherita Bazzoni
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma Parco Area delle Scienze 17/A I-43124 Parma Italy
| | - Leonardo Andreoni
- Dipartimento di Chimica "G. Ciamician", Università di Bologna Via Selmi 2 I-40126 Bologna Italy
| | - Serena Silvi
- Dipartimento di Chimica "G. Ciamician", Università di Bologna Via Selmi 2 I-40126 Bologna Italy
| | - Alberto Credi
- Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività, Consiglio Nazionale delle Ricerche Via Gobetti 101 I-40129 Bologna Italy.,Dipartimento di Chimica Industriale "Toso Montanari", Università di Bologna Viale del Risorgimento 4 I-40136 Bologna Italy
| | - Gianpiero Cera
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma Parco Area delle Scienze 17/A I-43124 Parma Italy
| | - Andrea Secchi
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma Parco Area delle Scienze 17/A I-43124 Parma Italy
| | - Arturo Arduini
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma Parco Area delle Scienze 17/A I-43124 Parma Italy
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Cera G, Arduini A, Secchi A, Credi A, Silvi S. Heteroditopic Calix[6]arene Based Intervowen and Interlocked Molecular Devices. CHEM REC 2021; 21:1161-1181. [PMID: 33656250 DOI: 10.1002/tcr.202100012] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 2.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/18/2021] [Revised: 02/17/2021] [Indexed: 01/13/2023]
Abstract
Since the dawn of supramolecular chemistry, calixarenes have been employed as platforms onto which functional groups and binding sites can be loaded in a regio- and stereocontrolled manner for the recognition of charged and neutral species. Despite their wider annulus, potentially suitable to bind larger guests, the larger members of the calixarene series have been relatively less employed, mainly because of the synthetic difficulties to control their conformational flexibility and their regioselective functionalization. In this account, we will present the achievements gained during the last two decades on the use of the calix[6]arene as a platform to build-up structures in which the macrocycle acts as a wheel for the synthesis of oriented (pseudo)rotaxanes. We also account on how these calix[6]arene hosts affect the reactivity or spectroscopic properties of their bound guests.
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Affiliation(s)
- Gianpiero Cera
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma, Parco Area delle Scienze 17/A, I-43124, Parma, Italy
| | - Arturo Arduini
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma, Parco Area delle Scienze 17/A, I-43124, Parma, Italy
| | - Andrea Secchi
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma, Parco Area delle Scienze 17/A, I-43124, Parma, Italy
| | - Alberto Credi
- Dipartimento di Chimica Industriale "Toso Montanari", Viale del Risorgimento 4, I-40136, Bologna, Italy.,Istituto per la Sintesi Organica e la Foto reattività, Consiglio Nazionale delle Ricerche, via Gobetti 101, 40129, Bologna, Italy
| | - Serena Silvi
- Dipartimento di Chimica "G. Ciamician", Università di Bologna, Via Selmi 2, I-40126, Bologna, Italy
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Zanichelli V, Dallacasagrande L, Arduini A, Secchi A, Ragazzon G, Silvi S, Credi A. Electrochemically Triggered Co-Conformational Switching in a [2]catenane Comprising a Non-Symmetric Calix[6]arene Wheel and a Two-Station Oriented Macrocycle. Molecules 2018; 23:E1156. [PMID: 29751658 PMCID: PMC6100520 DOI: 10.3390/molecules23051156] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/12/2018] [Revised: 05/07/2018] [Accepted: 05/08/2018] [Indexed: 11/17/2022] Open
Abstract
Catenanes with desymmetrized ring components can undergo co-conformational rearrangements upon external stimulation and can form the basis for the development of molecular rotary motors. We describe the design, synthesis and properties of a [2]catenane consisting of a macrocycle-the 'track' ring-endowed with two distinct recognition sites (a bipyridinium and an ammonium) for a calix[6]arene-the 'shuttle' ring. By exploiting the ability of the calixarene to thread appropriate non-symmetric axles with directional selectivity, we assembled an oriented pseudorotaxane and converted it into the corresponding oriented catenane by intramolecular ring closing metathesis. Cyclic voltammetric experiments indicate that the calixarene wheel initially surrounds the bipyridinium site, moves away from it when it is reduced, and returns in the original position upon reoxidation. A comparison with appropriate model compounds shows that the presence of the ammonium station is necessary for the calixarene to leave the reduced bipyridinium site.
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Affiliation(s)
- Valeria Zanichelli
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma, Parco Area delle Scienze 17/A, 43124 Parma, Italy.
| | - Luca Dallacasagrande
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma, Parco Area delle Scienze 17/A, 43124 Parma, Italy.
| | - Arturo Arduini
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma, Parco Area delle Scienze 17/A, 43124 Parma, Italy.
| | - Andrea Secchi
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma, Parco Area delle Scienze 17/A, 43124 Parma, Italy.
| | - Giulio Ragazzon
- Dipartimento di Chimica "G. Ciamician", Università di Bologna, 40126 Bologna, Italy.
- Dipartimento di Scienze Chimiche, Università di Padova, 35131 Padova, Italy.
| | - Serena Silvi
- Dipartimento di Chimica "G. Ciamician", Università di Bologna, 40126 Bologna, Italy.
- Center for Light Activated Nanostructures (CLAN), Università di Bologna and Consiglio Nazionale delle Ricerche, 40129 Bologna, Italy.
| | - Alberto Credi
- Center for Light Activated Nanostructures (CLAN), Università di Bologna and Consiglio Nazionale delle Ricerche, 40129 Bologna, Italy.
- Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-alimentari, Università di Bologna, 40127 Bologna, Italy.
- Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività, Consiglio Nazionale delle Ricerche, 40129 Bologna, Italy.
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The chemistry of the carbon-transition metal double and triple bond: Annual survey covering the year 2016. Coord Chem Rev 2018. [DOI: 10.1016/j.ccr.2017.09.003] [Citation(s) in RCA: 14] [Impact Index Per Article: 2.3] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/07/2023]
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Quaglio D, Zappia G, De Paolis E, Balducci S, Botta B, Ghirga F. Olefin metathesis reaction as a locking tool for macrocycle and mechanomolecule construction. Org Chem Front 2018. [DOI: 10.1039/c8qo00728d] [Citation(s) in RCA: 23] [Impact Index Per Article: 3.8] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/13/2022]
Abstract
The present review deals with an updated visit to the olefin metathesis reaction as a powerful tool for the construction of sophisticated macromolecular architectures.
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Affiliation(s)
- Deborah Quaglio
- Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco
- Sapienza Università di Roma
- 00185 Rome
- Italy
| | - Giovanni Zappia
- Dipartimento di Scienze Biomolecolari
- Università degli Studi di Urbino “Carlo Bo”
- 61029 Urbino
- Italy
| | - Elisa De Paolis
- Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco
- Sapienza Università di Roma
- 00185 Rome
- Italy
- Center for Life Nano Science@Sapienza
| | - Silvia Balducci
- Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco
- Sapienza Università di Roma
- 00185 Rome
- Italy
| | - Bruno Botta
- Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco
- Sapienza Università di Roma
- 00185 Rome
- Italy
| | - Francesca Ghirga
- Center for Life Nano Science@Sapienza
- Istituto Italiano di Tecnologia
- 00161 Rome
- Italy
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De Rosa M, La Manna P, Soriente A, Gaeta C, Talotta C, Hickey N, Geremia S, Neri P. A Simple Tetraminocalix[4]arene as a Highly Efficient Catalyst under "On-Water" Conditions through Hydrophobic Amplification of Weak Hydrogen Bonds. Chemistry 2017; 23:7142-7151. [PMID: 28346722 DOI: 10.1002/chem.201701247] [Citation(s) in RCA: 23] [Impact Index Per Article: 3.3] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/20/2017] [Indexed: 01/05/2023]
Abstract
The simple tetraminocalix[4]arene 1, which contains weak H-bond-donor NH2 groups, is reported to be a highly efficient organocatalyst for the Vinylogous Mukaiyama Aldol Reaction (VMAR) of 2-(trimethylsilyloxy)furan 5 with α-ketoesters 6 a-l under "on-water" conditions owing to the hydrophobic amplification of weak H-bond interactions. The catalytic efficiency of calixarene catalyst 1 was shown to be closely related to its recognition abilities towards the reactants 5 and 6 through a multipoint recognition model. The proposed model provided good explanations for the differences on the reaction rate acceleration and on the stereoselectivity observed with different substrates.
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Affiliation(s)
- Margherita De Rosa
- Dipartimento di Chimica e Biologia "A. Zambelli", Università degli Studi di Salerno, Via Ponte don Melillo, 84084, Fisciano (SA), Italy
| | - Pellegrino La Manna
- Dipartimento di Chimica e Biologia "A. Zambelli", Università degli Studi di Salerno, Via Ponte don Melillo, 84084, Fisciano (SA), Italy
| | - Annunziata Soriente
- Dipartimento di Chimica e Biologia "A. Zambelli", Università degli Studi di Salerno, Via Ponte don Melillo, 84084, Fisciano (SA), Italy
| | - Carmine Gaeta
- Dipartimento di Chimica e Biologia "A. Zambelli", Università degli Studi di Salerno, Via Ponte don Melillo, 84084, Fisciano (SA), Italy
| | - Carmen Talotta
- Dipartimento di Chimica e Biologia "A. Zambelli", Università degli Studi di Salerno, Via Ponte don Melillo, 84084, Fisciano (SA), Italy
| | - Neal Hickey
- Centro di Eccellenza in Biocristallografia, Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche, Università di Trieste, via L. Giorgieri 1, 34127, Trieste, Italy
| | - Silvano Geremia
- Centro di Eccellenza in Biocristallografia, Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche, Università di Trieste, via L. Giorgieri 1, 34127, Trieste, Italy
| | - Placido Neri
- Dipartimento di Chimica e Biologia "A. Zambelli", Università degli Studi di Salerno, Via Ponte don Melillo, 84084, Fisciano (SA), Italy
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Orlandini G, Ragazzon G, Zanichelli V, Secchi A, Silvi S, Venturi M, Arduini A, Credi A. Covalent capture of oriented calix[6]arene rotaxanes by a metal-free active template approach. Chem Commun (Camb) 2017; 53:6172-6174. [DOI: 10.1039/c7cc02859h] [Citation(s) in RCA: 12] [Impact Index Per Article: 1.7] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/21/2022]
Abstract
A rotaxane with predetermined orientation of its nonsymmetric components is obtained by a rim-selective active template effect exerted by a calix[6]arene.
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Affiliation(s)
- Guido Orlandini
- Dipartimento di Scienze Chimiche
- della Vita e della Sostenibilità Ambientale
- Università di Parma
- I-43124 Parma
- Italy
| | - Giulio Ragazzon
- Dipartimento di Chimica “G. Ciamician”
- Università di Bologna
- 40126 Bologna
- Italy
| | - Valeria Zanichelli
- Dipartimento di Scienze Chimiche
- della Vita e della Sostenibilità Ambientale
- Università di Parma
- I-43124 Parma
- Italy
| | - Andrea Secchi
- Dipartimento di Scienze Chimiche
- della Vita e della Sostenibilità Ambientale
- Università di Parma
- I-43124 Parma
- Italy
| | - Serena Silvi
- Dipartimento di Chimica “G. Ciamician”
- Università di Bologna
- 40126 Bologna
- Italy
| | - Margherita Venturi
- Dipartimento di Chimica “G. Ciamician”
- Università di Bologna
- 40126 Bologna
- Italy
- Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività
| | - Arturo Arduini
- Dipartimento di Scienze Chimiche
- della Vita e della Sostenibilità Ambientale
- Università di Parma
- I-43124 Parma
- Italy
| | - Alberto Credi
- Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività
- Consiglio Nazionale delle Ricerche
- 40129 Bologna
- Italy
- Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-alimentari
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