De omkeerbare omschakeling van macrocyclische moleculen tussen een vloeibare en een vaste fase bij blootstelling aan damp is gerapporteerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society door onderzoekers van Kanazawa University.

De overgang tussen een vaste en een vloeibare fase, een sleutelproces in het dagelijks leven en de materiaalkunde, wordt over het algemeen gedreven door een verandering in temperatuur of druk. Echter, een omkeerbare toestandsverandering veroorzaakt door andere stimuli is ook mogelijk:bijvoorbeeld licht is gebruikt om vaste-vloeistofovergangen te induceren.

Tomoki Ogoshi van de Kanazawa University in Japan en collega's bestudeerden pijler[n]areenmoleculen - pijlervormige moleculen die voor het eerst werden gerapporteerd door hun onderzoeksgroep - waaraan functionele groepen kunnen worden toegevoegd om hun fysieke eigenschappen te wijzigen. Introductie van 12 n-hexyl (C ₆ H ₁₃ ) ketens in de moleculen transformeren het systeem in een structurele vloeistof op kamertemperatuur, dat is, een systeem met een zekere mate van orde op nanoschaal maar zonder een periodieke structuur (Figuur 1). De vloeistof stolt bij blootstelling aan een gastdamp, waarvan de moleculen de n-hexylsubstituenten in de holten van de pilaarvormige moleculen vervangen. Tegelijkertijd, de substituenten die zich buiten de holtes bevinden, kristalliseren. Het resultaat is dat, op een tijdschaal van enkele seconden, het systeem stolt en de transparante vloeistof verandert in een troebele vaste stof.

Als concurrerende gastdamp gebruikten de auteurs cyclohexaan, omdat het in de holtes van de pilaarvormige moleculen past en gemakkelijk te verwijderen is door het monster onder verminderde druk te verwarmen, een proces dat ertoe leidt dat het moleculaire systeem terugkeert naar de vloeibare toestand. De adsorptie- en desorptieprocessen worden gekenmerkt door metingen van kernmagnetische resonantie, terwijl de structuur van het systeem wordt bestudeerd door röntgendiffractie.

De auteurs onderzochten ook de opname van andere organische dampen door de structurele vloeistof, observeren dat blootstelling aan moleculen die konden worden geabsorbeerd in de poriën van de pilaarvormige moleculen altijd resulteerde in een overgang naar een vaste fase, terwijl de faseovergang niet werd waargenomen voor blootstelling aan gassen die een lage opname door de structurele vloeistof hadden.

Dit systeem kan worden gebruikt als detector van alkaandampen, een ongewoon apparaat. "Vanwege de dampselectiviteit, we postuleren dat de damp-geïnduceerde toestandsverandering kan worden toegepast voor nieuwe dampdetectiesystemen, " becommentariëren de auteurs. "Een andere toepassing is adhesiematerialen met behulp van de gastdamp-geïnduceerde toestandsverandering."

Achtergrond

Gastheer-gastchemie:supramoleculaire chemie is een tak van de chemie die chemische systemen bestudeert die zijn samengesteld uit verschillende moleculen, hun interactie beschrijven, die essentieel zijn voor veel biologische processen. Gastheer-gastinteracties zijn een voorbeeld:dit is het type interactie dat aan het werk is wanneer een gastheermolecuul een chemische verbinding vormt met een gastmolecuul of ion zonder de betrokkenheid van covalente bindingen. Dit soort interactie kan worden benut, bijvoorbeeld, in medicijnafgiftesystemen waarbij de aanwezigheid van de gastheer de oplosbaarheid en beschikbaarheid van het medicijn (de gast) verhoogt.

Pillararenen:macrocyclische moleculen die hun naam ontlenen aan hun pilaarvorm. De holtes in deze moleculen kunnen elektronenarme moleculen herbergen. Sommige van deze moleculen hebben potentieel voor biomedische toepassingen, maar ook voor gasabsorptie, ionische vloeistoffen en organische lichtemitterende materialen.