Valg af molekylvægtspolymer ved endimensionel indeslutning

Forskere ved Kanazawa University rapporterer i Naturkommunikation at en krystal af molekyler kendt som søjle[5]arener kan danne en vært-gæstforbindelse med poly(ethylenoxider) polymerer. Effekten kan bruges til at udvælge polymerer med forskellige molekylvægte og endegrupper.

Når polymerer er begrænset til endimensionale (1-D) kanaler, de opfører sig anderledes. Deres dynamik ændrer sig, og de kan kemisk binde sig til den omgivende kanal. Et team af forskere ledet af Tomoki Ogoshi fra Kanazawa University har nu vist, at en sådan 1-D indeslutning, tilvejebragt af en molekylær krystal af såkaldte aktiverede søjle[5]arener, kan bruges til selektivt at indfange forskellige typer polymerer.

Forskerne undersøgte vært-gæst-binding ('kompleksdannelse') mellem aktiverede søjle[5]arener (forkortet 'P5') og poly(ethylenoxid)-polymerer (forkortet 'PEO'). P5 er et molekyle bestående af 5 identiske organiske enheder med en benzenring, med en femkantet form. Den monomere byggesten i PEO er O-CH ₂ -CH ₂ ; PEO'er med 100 eller flere monomerer kan let syntetiseres.

Vært-gæst kompleksering blev opnået ved først at smelte PEO ved 80°C, og derefter nedsænke P5-molekylerne aktiveret ved tørring af solvater i smelten. Ved hjælp af nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopimålinger, Ogoshi og kolleger var i stand til at vise, at PEO-molekyler blev optaget af P5-strukturen. Røntgendiffraktionseksperimenter viste, at krystalstrukturen af ​​P5-molekylerne var ændret til et netværk med kanaler.

Forskerne så derefter på, hvad der skete med en blanding af PEO'er bestående af forskellige antal monomerer. Antallet af byggesten påvirker vægten - jo flere monomerer, jo tungere er polymeren. Ogoshi og kolleger opdagede, at de tungere PEO'er blev optaget i større mængder, viser, at P5-værten kan vælge PEO'er med høj massefraktion fra en polydispers blanding. Ved hjælp af computersimuleringer, det var muligt at tilskrive dette fund til en øget bindingsenergi for de større (tungere) PEO'er.

Forskerne undersøgte også effekten af ​​PEO's slutgruppe. Den hurtigste PEO-optagelse blev observeret for methoxy-endegrupper (O-CH ₃ ), for hvilken en ligevægtstilstand blev nået efter 3 minutter. For OH- og NH2 -slutgrupper, tiderne til at nå ligevægt var 10 og 20 minutter, henholdsvis. Optagelsen for PEO med COOH som slutgruppen var langsom.

Ogoshis og kollegers observation af, at P5-krystaller kan udføre fraktionering i høj masse fra polymerblandinger med en bred molekylvægtfordeling er vigtig, fordi, citerer forskerne, "polymerer med høj molekylvægt udviser generelt overlegne egenskaber såsom øget termisk stabilitet, forbedrede mekaniske egenskaber, og højere krystallinitet sammenlignet med lavmolekylære polymerer."

Søjle[n]arenes

Søjle [n] arenes, samlet navngivne pillararener (og nogle gange pillarener), er cykliske organiske molekyler bestående af n såkaldte hydroquinonenheder, som kan erstattes. Hydroquinon, også kendt som quinol, har den kemiske formel C ₆ H ₄ (ÅH) ₂ . Den består af en benzenring med to hydroxyl (OH) grupper bundet til den på modsatte sider af benzenhexagon.

Den første pillararene blev syntetiseret i 2008 af Tomoki Ogoshi og kolleger fra Kanazawa University. Navnet pillararene blev valgt, da molekylerne er cylindriske (søjle-lignende) i form og sammensat af aromatiske dele (arener).

Nu, Ogoshi og kolleger har vist, at krystaller af n =5 søjler kan optage poly (ethylenoxid) polymerer på en selektiv måde.

Poly(ethylenoxid)

Poly(ethylenoxid) (PEO), også kendt som poly (ethylenglycol) (PEG) og polyoxyethylen (POE), er en polymer med formlen H-(O-CH ₂ -CH ₂ ) _n -OH, med n antallet af O-CH ₂ -CH ₂ byggesten (monomerer) i strukturen. Ogoshi og kolleger har nu vist, at optagelsen af ​​krystaller af n =5 pillararener af PEO med højere n er større end for PEO med lavere n, som giver en molekylvægtsfraktioneringsfunktion.