Een nieuwe benadering leidt tot de langverwachte vorming van ringen gemaakt van drie pyrrolen, die kunnen worden gebruikt om verbindingen te produceren met een groot aantal interessante eigenschappen, en legt uit waarom ze niet eerder zijn waargenomen.

Chemici van de Hokkaido University hebben een al lang bestaande vraag beantwoord:waarom vormen pyrroolmonomeren ringvormige verbindingen die uit vier maar nooit drie pyrrolen bestaan? Hun bevindingen, gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society , zou de ontwikkeling van nieuwe verbindingen met unieke eigenschappen mogelijk kunnen maken.

Pyrrool is een aromatische organische verbinding gemaakt van koolstof, waterstof- en stikstofatomen. Wanneer vier pyrroolmoleculen samenkomen, ze vormen ringvormige tetrapyrol-macrocycli, die in vele vormen in de natuur worden aangetroffen, waaronder heem en chlorofyl, en een cruciale biologische rol spelen bij het transport van zuurstof, lichtoogst en elektronentransport. Wetenschappers hebben manieren gevonden om synthetische tetrapyrrool-macrocycli te fabriceren voor gebruik als katalysatoren, fotosensitizers en opto-elektronische materialen. Maar ze hebben zich lang afgevraagd waarom ze nooit tripyrolische macrocycli zien.

Nu denken ze te weten waarom.

Hokkaido University organisch chemicus Yasuhide Inokuma en Jonathan Sessler van de Universiteit van Texas in Austin leidden een team van wetenschappers om te proberen een tripyrrol-macrocyclus te synthetiseren, voortbouwend op eerder werk waarin ze alifatische oligoketonen ontwierpen met precieze ketenlengtes. Alifatische polyketonen zijn verbindingen die behoren tot een klasse van kunststoffen die interessante eigenschappen hebben voor gebruik in industriële processen; Alifatische oligoketonen zijn knipsels (kortere analogen) van polyketonen die zijn bereid als een voorloper van tripyrrolische macromoleculen.

De wetenschappers gebruikten een meerstaps chemisch proces en transformeerden met succes een lineaire hexaketonverbinding in kristallen van een tripyrrol-macrocyclus genaamd calix[3]pyrrool.

Bij nader onderzoek van de kristallen, ze ontdekten dat de tripyrol een vervormde vorm had, wat aangeeft dat hij onder druk stond. Het oplossen van de verbinding in een organisch oplosmiddel dat een zwak zuur bevat bij kamertemperatuur zorgde ervoor dat het transformeerde, in een kwestie van seconden, in calix[6]pyrrool. Dit werd gevolgd door een langzamere verandering van vier uur in calix[4]pyrrool. De laatste twee verbindingen bleken significant minder te belasten dan hun voorloper tripyrrol. Verder, de wetenschappers ontdekten dat ze hun tripyrrol konden stabiliseren en de transformatie konden belemmeren door complexen te vormen met een fluor- of booratoom.

"Onze studie helpt bij het verklaren van de afwezigheid van waarneembare tripyrrolische macrocycli tijdens klassieke porfyrinesyntheses, " zegt Inokuma. "Deze verbindingen zijn zeer gespannen en zullen waarschijnlijk gemakkelijk en snel ringexpansie ondergaan."

In aanvulling, de succesvolle aanpak van het team voor het fabriceren en stabiliseren van een tripyrrolische macrocyclus zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe synthetische porfyrines voor gebruik in verschillende industrieën.