Кіріспе
Өзінің ішінде басқа молекуланы толығымен тұтқындап алатын молекула. Хост-мезет химиясында карцеранд – бұл қонағын (ион, атом немесе басқа химиялық түр болуы мүмкін) толығымен тұтқындап, тіпті жоғары температурада да қашып кетпеуін қамтамасыз ететін хост-молекула. Бұл молекула түрін алғаш рет 1985 жылы Дональд Крам және оның әріптестері сипаттады. Карцеранд пен тұрақты түрде тұтқындалған қонақтарынан құралған кешендер карцеплекстер деп аталады. Керісінше, гемикарцерандар қонақтарға жоғары температурада қуысқа кіруге және шығуға мүмкіндік береді, бірақ бөлме температурасында тұрақты кешендер құрайды. Гемикарцеранд пен қонақ арасындағы кешендер гемикарцеплекстер деп аталады.
In host–guest chemistry, a carcerand is a host molecule that completely entraps its guest (which can be an ion, atom or other chemical species) so that it will not escape even at high temperatures. This type of molecule was first described in 1985 by Donald J. Cram and coworkers. The complexes formed by a carcerand with permanently imprisoned guests are called carceplexes. In contrast, hemicarcerands allow guests to enter and exit the cavity at high temperatures but will form stable complexes at ambient temperatures. The complexes formed by a hemicarcerand and a guest are called hemicarceplexes.
Қатысқан қонақтардың реактивтілігі
Крам контейнерлік құрылымның ішкі кеңістігін реактивтіліктің күрт өзгешеленетін ішкі фаза деп сипаттады. Ол бөлме температурасында жоғары тұрақсыз, антиароматты циклобутадиенді оқшаулау үшін гемикарцеран қолданды. Гемикарцеран өз қуысының ішіндегі молекулаларды басқа молекулалармен әрекеттесуіне кедерес келтіре отырып, тұрақтандырады.
Синтез
Бірінші буын карцерандар каликсаренге негізделген гемикарцерандардың негізінде жасалған, олардың жоғарғы жиегінде 4 алкил тобы және төменгі жиегінде 4 реактивті топ бар. Екі гемикарцерандың бірігуі аралық топ арқылы жүзеге асады. 1985 жылғы түпнұсқа басылымда екі түрлі гемикарцеранд реакцияға түседі, біреуі хлорметилен реактивті топтарымен, екіншісі тиометилен реактивті топтарымен нуклеофильдік орынбасу арқылы, нәтижесінде алынған аралық топ – диметилсульфид (CH2SCH2). Бұл тәжірибеде қонақтар реакциялық ортада бар аргон және диметилформамид сияқты молекулалар болды. Басқа конфигурацияда төменгі жиектегі 4 функционалдық топ – O-фенилендиаминмен тиісті дииминге конденсацияланатын альдегидтер. Екі шарды байланыстыратын 4 аралық топ қазір әлдеқайда ұзын, сондықтан ішкі қуыс әлдеқайда үлкен. Қуысқа түскен қосылыстар қысыммен байланысқан деп есептеледі. Оларды гексахлорбутадиен (фунгицид) сияқты таза еріткіште қыздыру арқылы енгізуге болады. Кері процестің жартылай ыдырау мерзімі NMR талдауы бойынша CDCl3-те 25 °C температурада 3,2 сағатты құрайды. Ферроценді трипиперидилфосфин оксиді сияқты көлемді еріткіште қыздыру арқылы енгізуге болады. Ферроценнің жартылай ыдырау мерзімі 112 °C температурада 19,6 сағатқа созылады.
Үлкен карцерандтар
Карцерандтың ішкі қуысы алты гемикарцеранд бір октаэдрлік қосылыс құрағанда 1700 Å3 (1,7 нм3) дейін жете алады. Бұл, бөлме температурасында хлороформда 6 эквивалент а және 12 эквивалент этилендиаминды трифторацетат қышқылы катализаторымен бір ыдыста динамикалық ковалентті химия арқылы конденсациялау, содан кейін натрий борогидридімен иминдік байланыстарды тотығу арқылы жүзеге асырылады.