Syntese af spiralformede stigepolymerer

Forskere ved Kanazawa University syntetiserede spiralformede stigepolymerer med en veldefineret cyklisk gentagelsesenhed og enhånds spiralgeometri, som de rapporterede i Journal of the American Chemical Society .

Stigepolymerer - molekyler lavet af tilstødende ringe, der deler to eller flere atomer - er udfordrende at syntetisere, fordi de kræver meget selektive, kvantitative reaktioner for at undgå dannelsen af ​​forgreningsstrukturer eller af afbrydelser i ringsekvensen i polymerkæden. I øvrigt, de fleste eksisterende strategier til syntese af stigepolymerer lider under alvorlige begrænsninger med hensyn til selektivitet og kvantitativitet. En anden vigtig type molekyler er molekyler med en spiralformet struktur (såsom DNA og proteiner), som spiller en vigtig rolle i molekylær genkendelse og katalyse. Dermed, fremstillingen af ​​molekyler, der har både en stige og en spiralformet struktur, kunne åbne op for nye anvendelser af polymere materialer.

Tomoyuki Ikai, Timothy M. Swager og kolleger fra et internationalt samarbejde startede fra triptycen, et aromatisk kulbrinte, der er et akiralt molekyle, men hvorfra chirale derivater kan opnås ved at indføre substituenter i benzenringene på en asymmetrisk måde. Optisk aktive triptycener har praktiske anvendelser som chirale materialer, for eksempel til chiral separation og cirkulært polariserede luminescerende materialer. Forskerne brugte derefter de chirale triptycener som en ramme til effektivt at danne enhånds spiralformede stigepolymerer ved hjælp af elektrofil aromatisk substitution. Sterisk frastødning i systemet resulterede i dannelsen af ​​enhånds snoede stigeenheder. Reaktionerne var kvantitative og regioselektive (dvs. der er en foretrukken retning af kemisk binding), som muliggjorde syntesen af ​​optisk aktive stigepolymerer med veldefineret spiralgeometri. Der blev ikke fundet nogen biprodukter.

Flere teknikker, herunder spektroskopi og mikroskopiteknikker, blev brugt til at karakterisere reaktionsprodukterne under syntese, og molekylær dynamik simuleringer blev brugt til at forstå strukturen af ​​de resulterende molekyler, bekræfter den højrehåndede spiralstige geometri. Forskerne målte også molekylernes optiske aktivitet.

Den nyligt rapporterede synteserute vil åbne op for syntesen af ​​nanoskala spiralstigearkitekturer og optisk aktive chirale materialer. "Vi mener, at disse stigepolymerer, som kan falde ind i en ny kategori af spiralformede polymerer, repræsentere en lovende klasse af avancerede materialer til brug som nanokanaler til molekylær/ion-transport, organisk elektronik, specifikke reaktionsfelter, og funktionelle værter gennem yderligere modifikation af rygraden og vedhængsenhederne, " kommenterede forfatterne i avisen.

Kiralitet

Et chiralt system er et asymmetrisk system, der ikke kan overlejres på dets spejlbillede (ordet kommer fra det græske ord for hænder, fordi hænder er et godt eksempel på et chiralt system). De fleste biomolekyler og molekyler, der anvendes i farmaceutiske forbindelser, er chirale. To molekyler med modsat chiralitet har samme sammensætning og struktur, men spejlformer, og de har forskellige egenskaber, når de interagerer med andre chirale molekyler.

Elektrofil aromatisk substitution

Elektrofil aromatisk substitution er en organisk reaktion, hvor et atom knyttet til et aromatisk system erstattes af et atom, der er en elektronacceptor (en elektrofil). Det er en vigtig klasse af reaktioner, normalt involverer en benzenring.

Sterisk frastødning

Sterisk frastødning er en effekt, der skyldes frastødende kræfter, der slår ind, når atomer kommer for tæt på hinanden, så deres elektronskyer overlapper hinanden.