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Deciphering the Mechanism Involved in the Switch On/Off of Molecular Pistons

Chinese Journal of Chemistry 2015年第10期33卷 1199-1205页

作者： Peng Liu Xueguang Shao Wensheng Cai State Key Laboratory of Medicinal Chemical Biology Nankai University Tianjin 300071 China Collaborative Innovation Center of Chemical Science andEngineering (Tianjin) Tianjin 300072 China Research Center for Analytieal Sciences College of Chemistry Nankai University Tianjin 300071 China

Manufacturing machines converting energy to mechanical work at the molecular level is a vital pathway to ex- plore the microscopic world. A kind of operable molecular engines, composed offl-cyclodextrin （fl-CD）, aryl, al- kene and amide moiety was investigated using molecular dynamics simulations combined with free-energy calcula- tions. To understand how the integrated alkene double bond controls the work performed on the engines, two alkene isomers of the prototype were considered as two molecular engines. The free-energy profiles delineating the binding process of the amide （Z）- and （E）-isomers for each alkene isomer with 1-adamantanol indicate that for the alkene （E）-isomer, the apparent work performed on the amide bond is 1.6 kcal/mol, while the alkene （Z）-isomer is incapa- ble to perform work. Direct switch on/off of engines caused by the isomerization of the alkene bond was, therefore, witnessed, in line with experimental measurements. Decomposition of the free-energy profile into different compo- nents and structural analyses suggest that the isomerization of the alkene bond controls the position of the aryl unit relative to the cavity of the CD, resulting in the difference among the free-energy profiles and the stark contrast of the work performed on engines.

关键词： molecular pistons cyelodextrins cis-trans isomerization molecular dynamics simulations

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