Spejlbilleder af korannulenmolekyler kan føre til spændende nye muligheder inden for nanoteknologi

Corannulene er en skålformet polycyklisk aromatisk kulbrinte med et skelet af bundne kulstofatomer svarende til et segment af buckminsterfulleren eller 'buckyball' - en fodboldlignende struktur med 60 kulstofatomer. Denne lighed med buckyballen har ført til, at corannulene bliver døbt 'buckybowl'. Kemikere er interesserede i corannulens kemiske potentiale som katalysatorer og i nanoteknologiske anvendelser, men at udforske disse molekylers potentiale er kompliceret, fordi de inverterer hurtigt mellem deres spejlbillede eller 'chirale' former (fig. 1).

Daigo Miyajima og kolleger fra RIKEN Center for Emergent Matter Science, i samarbejde med kolleger fra University of Tokyo og Osaka University, har nu udviklet en molekylær designstrategi, der giver dem mulighed for at 'desymmetrisere' corannulene-inversionsligevægten, resulterer i opløsninger beriget i en af ​​dens chirale former. Præstationen markerer et vigtigt skridt mod at kunne arbejde med og måske isolere de enkelte chirale former for at udforske deres mulige anvendelser. "For eksempel, hvis vi kan desymmetrisere og producere korannulenkomplekser med overgangsmetaller, det kan være muligt at udvikle asymmetriske katalysatorer med unikke egenskaber på grund af den skålformede struktur af corannulen, " forklarer Miyajima.

Nøglen til at påvirke inversionsprocessen var at tilføje forskellige kemiske grupper, der kan interagere gennem intramolekylær hydrogenbinding, hvorved brintatomer med en svag positiv ladning tiltrækkes af andre atomer med en svag negativ ladning. Disse tiltrækningskræfter inden for hvert molekyle stabiliserer corannulenskålen i en af ​​dens chirale versioner ved at etablere en termodynamisk præference for den chirale form, der tillader alle de interagerende enheder at blive hydrogenbundet på samme tid.

Selvom det er en betydelig præstation, denne desymmetriisering af corannulene ligevægt er kun delvis. Omdannelsen mellem de to former stoppes ikke fuldstændigt, men bliver blot bremset og gjort for at favorisere den ene form frem for den anden. Den næste udfordring for forskerholdet er at finde modifikationer, der kan stoppe omdannelsen fuldstændigt og måske tillade blot en af ​​de stabiliserede skålstrukturer at blive renset og brugt i fuldstændig fravær af dens omvendte partner.

Der er talrige incitamenter til at opnå chiral renhed af corannulener ud over katalysatoranvendelser. "Andre forskere arbejder på at bruge korannulener til fremstilling af kulstof nanorør, " siger Miyajima, "og så vores forskning kan bidrage til syntesen af ​​chiralitet-selektive nanorør." Da chiral asymmetri er afgørende for mange præcise kemiske reaktioner, den selektive berigelse af nanorør til fordel for én chiralitet kunne åbne nye muligheder inden for nanoteknologi.