Amfifiele moleculen, die moleculen aggregeren en inkapselen in water, vinden toepassing op verschillende gebieden van de chemie. Het simpele, additiefvrije verbinding van hydrofiele en hydrofobe moleculen zou een efficiënte methode zijn voor de synthese van amfifiele moleculen. Echter, dergelijke verbindingen, of obligaties, zijn vaak kwetsbaar in water. Nutsvoorzieningen, wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology hebben een eenvoudige manier ontwikkeld om waterstabiele amfifielen te bereiden door eenvoudig te mengen. Hun nieuwe katalysator- en reagensvrije methode zal helpen bij het creëren van meer functionele materialen.

Zepen en wasmiddelen worden gebruikt om dingen zoals kleding en servies schoon te maken. Maar hoe werken ze eigenlijk? Het blijkt dat ze zijn gemaakt van lange moleculen met een "hydrofiel" of waterminnend deel en een "hydrofoob" of water-hatend deel. Wanneer toegevoegd aan water, deze moleculen assembleren zichzelf tot gigantische, bolvormige "supramoleculen", micellen genaamd, die het opruimen gedaan krijgen door het hydrofobe deel te gebruiken om het vet op te vangen.

Bekend als "amfifielen" voor chemici, deze moleculen hebben veel aandacht gekregen vanwege hun bruikbaarheid bij het ontwikkelen van supramoleculaire materialen. De synthese van amfifielen vereist meestal verschillende reacties en zuiveringen. In tegenstelling tot, als hydrofiele en hydrofobe moleculen eenvoudig kunnen worden verbonden zonder chemicaliën, het zou een zeer krachtige synthetische methode zijn. In feite, sommige reacties die geen katalysatoren of reagentia vereisen, zijn tegenwoordig bekend. Echter, ze hebben een fatale fout:hun chemische bindingen zijn onstabiel in water, het medium dat nodig is voor micelvorming!

Dit probleem aanpakken in een recente studie gepubliceerd in Angewandte Chemie , wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japan, onder leiding van Dr. Masahiro Yamashina en Prof. Shinji Toyota, hebben nu een oplossing bedacht met behulp van een chemische reactie die bekend staat als de "Staudinger-reactie, " waarin een azide (hydrofiel deel) en een fosfine (hydrofoob deel) samen een "azaylide" vormen.

"Hoewel een typische Staudinger-reactie snel en kwantitatief verloopt bij kamertemperatuur, het gevormde azaylide hydrolyseert gemakkelijk tot een primair amine en fosfineoxide in water. In tegenstelling tot, er is onlangs een 'niet-hydrolyse'-versie van deze reactie gevonden, waarin een halogeenatoom, zoals chloor, toegevoegd aan een azideverbinding verbetert de hydrostabiliteit van azaylide aanzienlijk, " legt Yamashina uit.

Overeenkomstig, het team van wetenschappers bereidde een gechloreerde azide-subcomponent en mengde deze met tris(p-tolyl)fosfine (PTol ₃ ), trifenylfosfine (PPh ₃ ), en tris(p-anisyl)fosfine (PAni ₃ ) om de op azaylide gebaseerde amfifielen NPTol . te verkrijgen ₃ , NPph ₃ , en NPAni ₃ , respectievelijk. Vervolgens losten ze de amfifielen op in water om hun zelf-assemblerende gedrag te observeren en vonden in elk geval spontane aggregatie. Verdere metingen lieten zien dat de aggregaten de vorm hadden van bolletjes van ongeveer 2 nm groot.

Het team bereidde ook de overeenkomstige niet-gechloreerde op azaylide gebaseerde amfifielen - nNPTol ₃ , nNPph ₃ , en nNPani ₃ - en onderzocht de waterstabiliteit van zowel de gechloreerde als de niet-gechloreerde azayliden. De niet-gechloreerde azayliden vielen snel uiteen in water, terwijl hun gechloreerde tegenhangers stabiel bleven. Hoewel het verschil duidelijk te wijten was aan de aanwezigheid van het chlooratoom, het onderliggende mechanisme was onduidelijk. Om dit uit te zoeken, de wetenschappers voerden dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen uit die hen hielpen de structuren van de azayliden te begrijpen.

Eindelijk, wanneer getest met hydrofobe organische kleurstoffen zoals Nile Red en BODIPY, het team zag dat de kleurstofmoleculen werden ingekapseld door de bolvormige azaylide-aggregaten, gewenst amfifiel gedrag vertonen. "De azaylide-formatie die in onze studie wordt gepresenteerd, dient als een haalbare techniek voor de on-site bereiding van waterstabiele amfifielen zonder katalysatoren en reagens, die kunnen helpen om in de toekomst meer van dergelijke functionele materialen te creëren, ' zegt Yamashina.