Pyrrolkemi:Gode ting kommer i tre

En ny tilgang fører til den længe ventede dannelse af ringe lavet af tre pyrroler, som kunne bruges til at fremstille forbindelser med en lang række interessante egenskaber, og forklarer, hvorfor de ikke er blevet observeret før.

Kemikere fra Hokkaido University har besvaret et langvarigt spørgsmål:Hvorfor danner pyrrolmonomerer ringformede forbindelser, der omfatter fire men aldrig tre pyrroler? Deres resultater, offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , kunne muliggøre udvikling af nye forbindelser med unikke egenskaber.

Pyrrol er en aromatisk organisk forbindelse fremstillet af kulstof, hydrogen- og nitrogenatomer. Når fire pyrrolmolekyler kombineres, de danner ringformede tetrapyrrol-makrocykler, som findes i naturen i mange former - inklusive hæm og klorofyl - og spiller kritiske biologiske roller i ilttransport, lyshøst og elektrontransport. Forskere har fundet måder at fremstille syntetiske tetrapyrrol makrocykler til brug som katalysatorer, fotosensibilisatorer og optoelektroniske materialer. Men de har længe undret sig over, hvorfor de aldrig ser tripyrroliske makrocykler.

Nu tror de, at de ved hvorfor.

Hokkaido University organisk kemiker Yasuhide Inokuma og Jonathan Sessler fra University of Texas i Austin førte et team af forskere til at forsøge at syntetisere en tripyrrole -makrocyklus, bygger på tidligere arbejde, hvor de designede alifatiske oligoketoner med præcise kædelængder. Alifatiske polyketoner er forbindelser, der tilhører en klasse af plast, der har interessante egenskaber til brug i industrielle processer; Alifatiske oligoketoner er udklip (kortere analoger) af polyketoner fremstillet som en forløber for tripyrroliske makromolekyler.

Forskerne brugte en kemisk proces i flere trin og omdannede med succes en lineær hexaketonforbindelse til krystaller af en tripyrrol makrocyklus kaldet calix[3]pyrrol.

Ved nærmere undersøgelse af krystallerne, de fandt ud af, at tripyrrolen havde en forvrænget form, hvilket indikerer, at den oplevede belastning. Opløsning af forbindelsen i et organisk opløsningsmiddel indeholdende en svag syre ved stuetemperatur fik den til at transformere, i løbet af få sekunder, til calix[6]pyrrol. Dette blev efterfulgt af en langsommere fire timers ændring til calix[4]pyrrol. De to sidstnævnte forbindelser viste sig at opleve signifikant mindre belastning end deres precursor tripyrrol. Yderligere, forskerne fandt ud af, at de kunne stabilisere deres tripyrrol og hindre transformationen ved at danne komplekser med et fluor- eller boratom.

"Vores undersøgelse hjælper med at forklare fraværet af observerbare tripyrroliske makrocykler under klassiske porphyrinsynteser, " siger Inokuma. "Disse forbindelser er meget belastede og vil sandsynligvis undergå let og hurtig ringudvidelse."

Ud over, holdets succesfulde tilgang til fremstilling og stabilisering af en tripyrrolisk makrocyklus kan føre til udviklingen af ​​nye syntetiske porphyriner til brug i en række forskellige industrier.