Corannuleen is een komvormige polycyclische aromatische koolwaterstof met een skelet van gebonden koolstofatomen dat overeenkomt met een segment van het buckminsterfullereen of 'buckyball' - een voetbalachtige structuur van 60 koolstofatomen. Deze gelijkenis met de buckyball heeft ertoe geleid dat corannuleen de 'buckybowl' wordt genoemd. Chemici zijn geïnteresseerd in het chemische potentieel van corannulenen als katalysatoren en in nanotechnologische toepassingen, maar het onderzoeken van het potentieel van deze moleculen is gecompliceerd omdat ze snel omkeren tussen hun spiegelbeeld of 'chirale' vormen (Fig. 1).

Daigo Miyajima en collega's van het RIKEN Center for Emergent Matter Science, in samenwerking met medewerkers van de Universiteit van Tokyo en de Universiteit van Osaka, hebben nu een moleculaire ontwerpstrategie ontwikkeld waarmee ze het corannuleen-inversie-evenwicht kunnen 'desymmetriseren', resulterend in oplossingen verrijkt in een van zijn chirale vormen. De prestatie markeert een belangrijke stap in de richting van het kunnen werken met en misschien isoleren van de individuele chirale vormen om hun mogelijke toepassingen te verkennen. "Bijvoorbeeld, als we corannuleencomplexen kunnen desymmetriseren en produceren met overgangsmetalen, het zou mogelijk zijn om asymmetrische katalysatoren te ontwikkelen met unieke eigenschappen vanwege de komvormige structuur van corannuleen, " legt Miyajima uit.

De sleutel tot het vertekenen van het inversieproces was om verschillende chemische groepen toe te voegen die kunnen interageren via intramoleculaire waterstofbinding, waarbij waterstofatomen met een lichte positieve lading worden aangetrokken door andere atomen met een lichte negatieve lading. Deze aantrekkingskrachten binnen elk molecuul stabiliseren de corannuleenkom in een van zijn chirale versies door een thermodynamische voorkeur voor de chirale vorm vast te stellen die het mogelijk maakt dat alle interagerende eenheden tegelijkertijd waterstofgebonden zijn.

Hoewel een belangrijke prestatie, deze desymmetrie van het corannuleen-evenwicht is slechts gedeeltelijk. De conversie tussen de twee vormen wordt niet volledig gestopt, maar wordt alleen maar vertraagd en ervoor gezorgd dat de ene vorm boven de andere wordt bevoordeeld. De volgende uitdaging voor het onderzoeksteam is om modificaties te vinden die de conversie volledig kunnen stoppen en misschien toestaan ​​dat slechts één van de gestabiliseerde komstructuren wordt gezuiverd en gebruikt in de volledige afwezigheid van zijn omgekeerde partner.

Er zijn tal van prikkels voor het bereiken van chirale zuiverheid van corannulenen buiten katalysatortoepassingen. "Andere onderzoekers werken aan het gebruik van corannulenen voor het maken van koolstofnanobuisjes, " zegt Miyajima, "en dus kan ons onderzoek bijdragen aan de synthese van chiraliteit-selectieve nanobuisjes." Omdat chirale asymmetrie van cruciaal belang is voor veel precieze chemische reacties, de selectieve verrijking van nanobuisjes ten gunste van één chiraliteit zou nieuwe mogelijkheden in nanotechnologie kunnen openen.