Onderzoekers van Kanazawa University synthetiseerden spiraalvormige ladderpolymeren met een goed gedefinieerde cyclische herhalende eenheid en eenhandige spiraalvormige geometrie, zoals ze meldden in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Ladderpolymeren - moleculen gemaakt van aangrenzende ringen die twee of meer atomen delen - zijn een uitdaging om te synthetiseren, omdat ze zeer selectieve, kwantitatieve reacties om de vorming van vertakkingsstructuren of onderbrekingen in de ringvolgorde in de polymeerketen te voorkomen. Bovendien, de meeste bestaande strategieën voor de synthese van ladderpolymeren lijden aan ernstige beperkingen in termen van selectiviteit en kwantitativiteit. Een ander belangrijk type moleculen zijn moleculen met een helixstructuur (zoals DNA en eiwitten), die een belangrijke rol spelen bij moleculaire herkenning en katalyse. Dus, de fabricage van moleculen die zowel een ladder als een spiraalvormige structuur hebben, zou nieuwe toepassingen van polymere materialen kunnen openen.

Tomoyuki Ikai, Timothy M. Swager en collega's van een internationale samenwerking zijn begonnen met triptyceen, een aromatische koolwaterstof die een achiraal molecuul is, maar waaruit chirale derivaten kunnen worden verkregen door op asymmetrische wijze substituenten in de benzeenringen in te voeren. Optisch actieve triptycenen hebben praktische toepassingen als chirale materialen, bijvoorbeeld voor chirale scheiding en circulair gepolariseerde lichtgevende materialen. De onderzoekers gebruikten vervolgens de chirale triptycenen als een raamwerk om efficiënt enkelhandige spiraalvormige ladderpolymeren te vormen met behulp van elektrofiele aromatische substitutie. Sterische afstoting in het systeem resulteerde in de vorming van met één hand gedraaide laddereenheden. De reacties waren kwantitatief en regioselectief (dat wil zeggen, er is een voorkeursrichting voor chemische binding), die de synthese van optisch actieve ladderpolymeren met goed gedefinieerde spiraalvormige geometrie mogelijk maakte. Er werden geen bijproducten gedetecteerd.

Verschillende technieken, inclusief spectroscopie en microscopie technieken, werden gebruikt om de reactieproducten tijdens de synthese te karakteriseren, en moleculaire dynamica-simulaties werden gebruikt om de structuur van de resulterende moleculen te begrijpen, bevestiging van de rechtshandige spiraalvormige laddergeometrie. De onderzoekers maten ook de optische activiteit van de moleculen.

De nieuw gerapporteerde syntheseroute zal de synthese van helixvormige ladderarchitecturen op nanoschaal en optisch actieve chirale materialen openen. "Wij geloven dat deze ladderpolymeren, die in een nieuwe categorie van spiraalvormige polymeren kunnen vallen, een veelbelovende klasse van geavanceerde materialen vertegenwoordigen voor gebruik als nanokanalen voor moleculair/ionentransport, organische elektronica, specifieke reactievelden, en functionele gastheren door verdere modificatie van de ruggengraat en hangende eenheden, ", zeiden de auteurs in de krant.

chiraliteit

Een chiraal systeem is een asymmetrisch systeem dat niet op zijn spiegelbeeld kan worden gelegd (het woord komt uit het Grieks voor handen, omdat handen een goed voorbeeld zijn van een chiraal systeem). De meeste biomoleculen en moleculen die in farmaceutische verbindingen worden gebruikt, zijn chiraal. Twee moleculen met tegengestelde chiraliteit hebben dezelfde samenstelling en structuur, maar spiegelvormen, en ze hebben verschillende eigenschappen wanneer ze interageren met andere chirale moleculen.

Elektrofiele aromatische substitutie

Elektrofiele aromatische substitutie is een organische reactie waarbij één atoom dat aan een aromatisch systeem vastzit, wordt vervangen door een atoom dat een elektronenacceptor is (een elektrofiel). Het is een belangrijke klasse van reacties, meestal met een benzeenring.

Sterische afstoting

Sterische afstoting is een effect dat het gevolg is van afstotende krachten die optreden wanneer atomen te dicht bij elkaar komen, zodat hun elektronenwolken elkaar overlappen.