Nøglebeviser, der forbinder hydrofobicitet med effektiv syrekatalyse

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har vist, at den afstembare hydrofobe natur af tætte siloxangeler er stærkt korreleret med deres katalytiske aktivitet, eksplicit demonstrere, hvordan molekyler med forskellig hydrofob natur på molekylært niveau interagerer forskelligt med overflader med forskellig hydrofobicitet. Dette er også første gang, en siloxangel har vist sig at være yderst effektiv til reaktionen af ​​silylethere, almindeligvis brugt som et beskyttelsesmiddel.

Et hydrofobt materiale er et, der afviser vand. Husholdningseksempler omfatter belægninger til non-stick stegepander og smartphones. Hydrofobicitet spiller også en nøglerolle i naturen, for eksempel, i mekanismer, hvorved visse planter og dyr høster vand fra atmosfæren, og pakningen af ​​DNA i kromosomer. I de seneste år, det er også blevet afsløret at være en del af funktionen af ​​syrekatalysatorer, sure materialer, der kan fremskynde kemiske reaktioner, meget udbredt i den petrokemiske industri. Selvom det var almindeligt kendt, at mere hydrofobicitet førte til bedre katalyse, det var ikke klart, hvorfor dette var tilfældet på grund af den heterogene porøse struktur af de mest almindelige katalysatorer.

Dermed, en gruppe forskere ledet af Dr. Hiroki Miura og Prof Tetsuya Shishido fra Tokyo Metropolitan University studerede den katalytiske aktivitet af en tæt siloxangel, en slags silikonegummi, med sure sulfogrupper knyttet. Vigtigt, disse geler kan dækkes med kontrollerede mængder af både syregrupper og hydrofobe methylgrupper, muliggør fin kontrol af hydrofobicitet. Disse geler er heller ikke porøse, præsenterer en overflade, der kun er dækket af to nøglegrupper, giver mulighed for enklere, men mere nøjagtig kvantificering af overflademiljø.

Gruppen undersøgte katalyse af hydrolyse (bindingsbrud med vand) af alkylacetater, almindeligt anvendt til fremstilling af maling, dufte, og endda plastik; de fandt ud af, at acetater med længere, flere hydrofobe haler i deres molekylære struktur nydt godt af øget katalyse med et lavere sulfo-til-methyl-forhold. Tværtimod, færre hydrofobe molekyler blev katalyseret mindre effektivt på grund af mindre tilgængelige sulfogrupper. De demonstrerer klart, at vands affinitet til katalysesteder kan hindre forskellige molekylers tilgang; dette kan udnyttes til at udvikle både selektivitet og øget aktivitet.

Desuden, siloxankatalysatoren blev anvendt til afbeskyttelse af silylethere. Silylethere er beskyttelsesgrupper, knyttet til grupper, der har brug for skærmning mod uønskede reaktioner. For at gøre dem tilgængelige igen, de skal let afbeskyttes. Gruppen viste for første gang, at siloxangelkatalysatorer er yderst effektive til at afbeskytte silylethere, et vigtigt reaktionstrin i almindelige reaktioner såsom konstruktion af kunstige nukleotider (eller DNA). Med mere forståelse af, hvordan det molekylære miljø er bundet til at fungere, de håber, at yderligere kemiske forbedringer af disse katalysatorer kan åbne vejen for nye funktioner og anvendelser.