Damp driver en væske -fast overgang i et molekylært system

Den reversible omskiftning af makrocykliske molekyler mellem en væske og en fast fase ved eksponering for damp er blevet rapporteret i Journal of the American Chemical Society af forskere ved Kanazawa University.

Overgangen mellem en fast og en flydende fase, en central proces i dagligdagen og materialevidenskaben, er generelt drevet af en ændring i temperatur eller tryk. Imidlertid, en reversibel tilstandsændring forårsaget af andre stimuli er også mulig:f.eks. lys er blevet brugt til at fremkalde fast -flydende overgange.

Tomoki Ogoshi fra Kanazawa University i Japan og kolleger studerede søjle [n] arene molekyler-søjleformede molekyler, der først blev rapporteret af deres forskningsgruppe-hvortil funktionelle grupper kan tilføjes for at ændre deres fysiske egenskaber. Introduktion til 12 n-hexyl (C ₆ H ₁₃ ) kæder ind i molekylerne omdanner systemet til en strukturel væske ved stuetemperatur, det er, et system med en vis grad af orden på nanoskalaen, men uden en periodisk struktur (figur 1) .Væsken størkner, når den udsættes for en gæstedamp, hvis molekyler erstatter n-hexylsubstituenterne i hulrummene i de søjleformede molekyler. På samme tid, substituenterne placeret uden for hulrummene krystalliserer. Resultatet er, at på et par sekunder, systemet størkner, og den transparente væske skifter til et grumset fast stof.

Da den konkurrencedygtige gæstedamp brugte forfatterne cyclohexan, fordi den passer ind i hulrummene i de søjleformede molekyler og er let at fjerne ved at opvarme prøven under reduceret tryk, en proces, der resulterer i, at det molekylære system går tilbage til den flydende tilstand. Adsorptions- og desorptionsprocesserne er kendetegnet ved nukleare magnetiske resonansmålinger, der henviser til, at systemets struktur studeres ved røntgendiffraktion.

Forfatterne undersøgte også optagelsen af ​​andre organiske dampe af strukturvæsken, observerer, at eksponering for molekyler, der kunne absorberes i porerne i de søjleformede molekyler, altid resulterede i en overgang til en fast fase, der henviser til, at faseovergangen ikke blev observeret for eksponering for gasser, der havde en lav optagelse af strukturvæsken.

Dette system kan bruges som en detektor for alkandampe, en usædvanlig enhed. "På grund af dampens selektivitet, vi postulerer, at dampinduceret tilstandsændring kan anvendes til nye dampdetekteringssystemer, "kommenter forfatterne." En anden anvendelse er vedhæftningsmaterialer ved hjælp af gæstens dampinducerede tilstandsændring. "

Baggrund

Værtsgæstkemi:supramolekylær kemi er en gren af ​​kemi, der studerer kemiske systemer sammensat af flere molekyler, beskriver deres interaktion, som er afgørende for mange biologiske processer. Værts-gæst-interaktioner er et eksempel:dette er den type interaktion på arbejdspladsen, når et værtsmolekyle danner en kemisk forbindelse med et gæstemolekyle eller ion uden inddragelse af kovalente bindinger. Denne form for interaktion kan udnyttes, for eksempel, i lægemiddelleveringssystemer, hvor tilstedeværelsen af ​​værten øger opløseligheden og tilgængeligheden af ​​lægemidlet (gæsten).

Pillararenes:makrocykelmolekyler, der tager deres navn fra deres søjleform. Hulrummene i disse molekyler kan være vært for elektronfattige molekyler. Nogle af disse molekyler har potentiale til biomedicinske anvendelser, men også til gasabsorbering, ioniske væsker og organiske lysemitterende materialer.