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Chimie

Ausbau und Systematische Symmetric Studien auf eine Serie von supramolekularen Cluster mit binären oder ternären Ammonium Triphenylacetates

Published: February 15, 2016
doi:
10.3791/53418
, , , , , ,
1Department of Material and Life Science, Graduate School of Engineering,Osaka University

Summary

This article describes construction of a series of hydrogen-bonding supramolecular clusters in crystals using primary ammonium triphenylacetates, which are recrystallized from non-polar solvents. This selective construction of the supramolecular clusters leads to effective systematical symmetric studies about a correlation between the supramolecular clusters and their components.

Abstract

Funktionen von Clustern in Nano- oder Unternanoskala hängen wesentlich von nicht nur Arten der Komponenten, sondern auch Vereinbarungen oder Symmetrie, ihrer Komponenten. Daher wurden die Regelungen in den Clustern genau charakterisiert, vor allem für Metallkomplexe. Im Gegensatz dazu Charakterisierungen von Molekülanordnungen in der supramolekularen Cluster von organischen Molekülen zusammengesetzt sind, auf wenige Fälle beschränkt. Dies liegt daran, Konstruktion der supramolekularen Clustern, insbesondere eine Reihe von supramolekularen Clustern zu erhalten, aufgrund der geringen Stabilität von nicht-kovalenten Bindungen schwer vergleichen kovalente Bindungen. Aus dieser Sicht ist, die Verwendung von organischen Salzen eines der nützlichsten Strategien. Eine Reihe der Supramoleküle könnten Kombinationen eines spezifischen organischen Moleküls mit verschiedenen Gegenionen hergestellt werden. Insbesondere sind primäre Ammoniumcarboxylate geeignet als typische Beispiele von Supramolekülen, weil verschiedene Arten von Carbonsäurenund primäre Amine sind im Handel erhältlich, und es ist leicht, ihre Kombinationen geändert werden. Zuvor wurde gezeigt, dass primäre Ammonium triphenylacetates verschiedene Arten von primären Aminen spezifisch konstruieren supramolekularen Clustern verwenden, die durch Ladungsgestützte Wasserstoffbrückenbindungen zusammengesetzt aus vier Ammonium und vier triphenylacetates zusammengesetzt sind, in Kristalle aus unpolaren Lösungsmitteln erhalten. Diese Studie zeigt eine Anwendung der spezifischen Konstruktion der supramolekularen Cluster als Strategie systematische Studie symmetrisch zur Verdeutlichung der Zusammenhänge zwischen Molekülanordnungen in Supramolekülen und Art und Anzahl ihrer Komponenten durchzuführen. Auf die gleiche Weise mit binären Salzen bestehend aus triphenylacetates und eine Art von primären Ammoniumverbindungen, ternäre organische Salze, bestehend aus triphenylacetates und zwei Arten von Ammonium konstruieren, um die supramolekularen Cluster eine Reihe der supramolekularen Clustern mit verschiedenen Arten und Zahlen der Komponenten Gewährung.

Introduction

Supramoleküle sind faszinierende und wichtige Forschungsziele wegen ihrer einzigartigen Funktionen, wie zB Aufbau von supramolekularen Architekturen, Erfassen von Ionen und / oder Moleküle, und chirale Trennungen, entstand aus ihrer molekularen Erkennung Fähigkeiten flexible nicht-kovalente Bindungen 1-11 verwenden. In der molekularen Anerkennungen, Symmetrie der supramolekularen Aggregate ist einer der wichtigsten Faktoren. Trotz der Bedeutung ist, ist es immer noch schwierig, mit Supramolekülen gewünschten Symmetrien durch Flexibilität in Anzahl und Art der Komponenten sowie Winkel und Abstände von nicht-kovalenten Bindungen zu entwerfen.

Klärung der Zusammenhänge zwischen Symmetrien von Supramolekülen und deren Komponenten auf Basis von systematischen Studien ist sinnvolle Strategie Aufbau der gewünschten Supramoleküle zu erreichen. Zu diesem Zweck wurden supramolekularen Cluster als Forschungsziele ausgewählt, weil sie eine der begrenzten Anzahl von Komponenten zusammengesetzt sind,d auswertbar theoretisch 12-14. Im Gegensatz zu Metallkomplexen, gibt es eine begrenzte Anzahl von Berichten supramolekularen Clustern aufgrund der geringen Stabilität von nicht-kovalenten Bindungen zum Halten des supramolekularen Strukturen 15,16 konstruieren. Diese geringe Stabilität wird auch ein Problem in eine Reihe von supramolekulare Strukturen zu erhalten, die die gleiche Art von Strukturen aufweisen. In dieser Studie Ladung unterstützte Wasserstoffbrücken von organischen Salzen, die 17 bis 20 eine der robustesten nicht-kovalente Bindungen sind, sind in erster Linie zu konstruieren spezifische supramolekulare Strukturen bevorzugt 21-32 eingesetzt. Es ist auch bemerkenswert, dass organische Salze von Säuren und Basen zusammengesetzt sind, und somit zahlreiche Arten von organischen Salze werden nur leicht, die durch verschiedene Kombinationen von Säuren und Basen zu vermischen. Insbesondere sind organische Salze nützlich für systematische Studien, da Kombinationen von einer bestimmten Komponente mit verschiedenen Arten von Gegenionen in den gleichen Arten von supramo führenmolekularen Baugruppen. Daher ist es möglich, Strukturunterschiede von supramolekularen Anordnungen auf Arten von Gegenionen miteinander verglichen werden.

In früheren Arbeiten, mit 0-dimensionalen Supramoleküle (0-D), 1-dimensionale (1-D) und 2-dimensionalen (2-D) Wasserstoffbrücken-Netzwerke durch primäre Ammoniumcarboxylate wurden vom Standpunkt der Chiralität bestätigt und gekennzeichnet 32. Diese mehrdimensionale Supramoleküle sind wichtige Forschungsziele in hierarchischen Kristall-Design 27 sowie Anwendungen zu nutzen ihre Dimensionalität. Zusätzlich Charakterisierung der Wasserstoffbrücken-Netzwerke würden wichtige Erkenntnisse über Rollen von biologischen Molekülen, da alle Aminosäuren Ammonium und Carboxyl-Gruppen geben. zu erhalten Leitlinien vorgesehen verleiht ihnen diese Supramoleküle separat weitere Möglichkeiten in Anwendungen. In diesen Übermoleküle, Aufbau von supramolekularen Cluster mit 0-D H-Brücken-Netzwerke ist relatively schwierig, wie in statistische Untersuchung 28 demonstriert. Jedoch nach Klärung der Faktoren für die supramolekularen Cluster konstruieren, wurden sie selektiv aufgebaut, und eine Reihe der supramolekularen Clustern wurde 21-25,32 erhalten. Diese Arbeiten ermöglichen es, systematisch symmetrische Studie über die supramolekulare Cluster durchzuführen bauteilabhängig symmetrischen Eigenschaften der supramolekularen Cluster zu klären. Zu diesem Zweck haben die supramolekularen Cluster von primären Ammonium triphenylacetates interessante Eigenschaften, das heißt, ihre topologischen Vielfalt in Wasserstoffbrücken-Netzwerke 24,32, die ihre symmetrische Eigenschaften sowie chiralen Konformationen der Komponente Tritylgruppen (Abbildung 1a widerspiegeln würde und 1b). Hier Methoden für eine Reihe von supramolekularen Cluster Bau primäre Ammonium triphenylacetates mit und für die Charakterisierung von symmetrischen Eigenschaften der supramolekularen Cluster sind Dämonenlichten. Schlüssel für die Konstruktion der supramolekularen Cluster sind Einführung von sperrigen Tritylgruppen und Umkristallisation der Salze von organischen nicht-polaren Lösungsmittel. Binären und ternären primären Ammonium triphenylacetates wurden für die Konstruktion der supramolekularen Cluster vorbereitet. Kristallographische Studien aus Gesichtspunkten der Topologien der Wasserstoffbrücken-Netzwerke 24,32, Topographien (Konformationen) von Tritylgruppen 33,34 und Molekülanordnungen als Analoga von octacoordinated Polyeder 12 (1c) zeigte Komponente abhängigen symmetrischen Eigenschaften der supramolekularen Clustern 25.

Protocol

1. Herstellung von Einkristallen besteht aus Primär Ammonium Triphenylacetates Bereiten organische Salze, primäre Ammonium triphenylacetates (Abbildung 1a). Auflösen Triphenylessigsäure (TPAA, 0,10 g, 0,35 mmol) und primärem Amin: n-Butylamin (n Bu, 2,5 x 10 -2 g, 0,35 mmol), Isobutylamin (isoBu, 2,5 x 10 -2 g, 0,35 mmol), t Butylamin (t Bu, 2,5 x 10 -2 g, 0,35 mmol) oder t -amylamine (t Am, 3…

Representative Results

Organisches Salz Bildung TPAA und primären Aminen wurden durch FT-IR-Messungen bestätigt. Kristallstrukturen der organischen Salze wurden durch Einkristall-Röntgenbeugungsmessungen analysiert. Infolgedessen werden die gleichen Arten von supramolekularen Cluster, die von vier Ammonium und vier triphenylacetates durch Ladungsgestützte Wasserstoffbrückenbindungen (Abbildung 1a) zusammengesetzt sind, wurden in allen der einzelnen Kristalle der organischen Salzen, unabh?…

Discussion

Eine Reihe von supramolekularen Cluster mit geschlossenen Wasserstoffbrücken-Netzwerke wurde erfolgreich aufgebaut und unter den Gesichtspunkten der Chiralität und vielflächigen Funktionen unter Verwendung von organischen Salzen von TPAA aus, das eine Tritylgruppe hat, und verschiedene Arten und Kombinationen von primären Aminen. Bei diesem Verfahren sind die kritischen Schritte Einführung eines Moleküls mit einer sperrigen Tritylgruppe und Umkristallisation aus organischen Salze aus den Molekül und Gegenionen au…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was financially supported by Grant-in-Aid for Scientific Research B (24350072, 25288036) and Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (24108723) from MEXT and JSPS, Japan. T.S. acknowledges Grant-in-Aid for JSPS Fellows (25763), the GCOE Program of Osaka University and Grants for Excellent Graduate Schools, MEXT, Japan.

Materials

Triphenylacetic acid Aldrich T81205-10G
n-Butylamine TCI B0707
Isobutylamine TCI I0095
tert-Butylamine TCI B0709
tert-Amylamine TCI A1002
Methanol Wako 131-01826 hazardous substance
Toluene Wako 204-01866 hazardous substance
Hexane Wako 085-00416
KBr Wako 165-17111
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References

  1. Lehn, J. -. M. . Supramolecular Chemistry. , (1995).
  2. Lehn, J. -. M. Perspectives in Supramolecular Chemistry-From Molecular Recognition towards Molecular Information Processing and Self-Organization. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 29 (11), 1304-1319 (1990).
  3. Lehn, J. -. M. From Supramolecular Chemistry towards Constitutional Dynamic Chemistry and Adaptive Chemistry. Chem. Soc. Rev. 36 (2), 151-160 (2007).
  4. Fabbrizzi, L., Poggi, A. Sensors and Switches from Supramolecular Chemistry. Chem. Soc. Rev. 24 (3), 197-202 (1995).
  5. Zeng, F., Zimmerman, S. C. Dendrimers in Supramolecular Chemistry: From Molecular Recognition to Self-Assembly. Chem. Rev. 97 (5), 1681-1712 (1997).
  6. Joseph, R., Rao, C. P. Ion and Molecular Recognition by Lower Rim 1,3-Di-conjugates of Calix[4]arene as Receptors. Chem. Rev. 111 (8), 4658-4702 (2011).
  7. Kinbara, K., Hashimoto, Y., Sukegawa, M., Nohira, H., Saigo, K. Crystal Structures of the Salts of Chiral Primary Amines with Achiral Carboxylic Acids: Recognition of the Commonly-Occurring Supramolecular Assemblies of Hydrogen-Bond Networks and Their Role in the Formation of Conglomerates. J. Am. Chem. Soc. 118 (14), 3441-3449 (1996).
  8. Tamura, R., et al. Mechanism of Preferential Enrichment, an Unusual Enantiomeric Resolution Phenomenon Caused by Polymorphic Transition during Crystallization of Mixed Crystals Composed of Two Enantiomers. J. Am. Chem. Soc. 124 (44), 13139-13153 (2002).
  9. Megumi, K., Arif, F. N. B. M., Matumoto, S., Akazome, M. Design and Evaluation of Salts between N-Trityl Amino Acid and tert-Butylamine as Inclusion Crystals of Alcohols. Cryst. Growth Des. 12 (11), 5680-5685 (2012).
  10. Davey, R. J., et al. Racemic Compound Versus Conglomerate: Concerning the Crystal Chemistry of the Triazoylketone, 1-(4-chlorophenyl)-4,4-dimethyl-2-(1 H-1,2,4-triazol-1-yl)pentan-3-one. CrystEngComm. 16 (21), 4377-4381 (2014).
  11. Iwama, S., et al. Highly Efficient Chiral Resolution of DL-Arginine by Cocrystal Formation Followed by Recrystallization under Preferential-Enrichment Conditions. Chem. Eur. J. 20 (33), 10343-10350 (2014).
  12. Connelly, N. G., Damhus, T., Hartshorn, R. M., Hutton, A. T. . Nomenclature of Inorganic Chemistry − IUPAC Recommendations 2005. , (2005).
  13. McDonald, S., Ojamäe, L., Singer, S. J. Graph Theoretical Generation and Analysis of Hydrogen-Bonded Structures with Applications to the Neutral and Protonated Water Cube and Dodecahedral Cluster. J. Phys. Chem. A. 102 (17), 2824-2832 (1998).
  14. Xantheas, S. S., Dunning, T. H. Ab initio. Studies of Cyclic Water Cluster (H2O)n, n = 1-6. I. Optimal Structures and Vibrational Spectra. J. Chem. Phys. 99 (11), 8774-8792 (1993).
  15. MacGillivray, L. R., Atwood, J. L. A chiral spherical molecular assembly held together by 60 hydrogen bonds. Nature. 389 (6650), 469-472 (1997).
  16. Liu, Y., Hu, A., Comotti, A., Ward, M. D. Supramolecular Archimedean Cages Assembled with 72 Hydrogen Bonds. Science. 333 (6041), 436-440 (2011).
  17. Mautner, M. The Ionic Hydrogen Bond. Chem. Rev. 105 (1), 213-284 (2005).
  18. Ward, M. D. Charge-Assisted Hydrogen-Bonded Networks. Struct. Bond. 132, 1-23 (2009).
  19. Holman, K. T., Pivovar, A. M., Ward, M. D. Engineering Crystal Symmetry and Polar Order in Molecular Host Frameworks. Science. 294 (5548), 1907-1911 (2001).
  20. Ward, M. D. Design of Crystalline Molecular Networks with Charge-Assisted Hydrogen Bonds. Chem. Commun. 47, 5838-5842 (2005).
  21. Tohnai, N., et al. Well-Designed Supramolecular Clusters Comprising Triphenylmethylamine and Various Sulfonic Acids. Angew. Chem. Int. Ed. 46 (13), 2220-2223 (2007).
  22. Yuge, T., Tohnai, N., Fukuda, T., Hisaki, I., Miyata, M. Topological Study of Pseudo-Cubic Hydrogen-Bond Networks in a Binary System Composed of Primary Ammonium Carboxylates: An Analogue of an Ice Cube. Chem. Eur. J. 13 (15), 4163-4168 (2007).
  23. Sada, K., et al. Well-defined Ion-pair Clusters of Alkyl- and Dialkylammonium Salts of a Sterically-Hindered Carboxylic Acid. Implication for Hydrogen-bonded Lys Salt Bridges. Chem. Lett. 33 (2), 160-161 (2004).
  24. Yuge, T., Hisaki, I., Miyata, M., Tohnai, N. Guest-Induced Topological Polymorphism of Pseudo-Cubic Hydrogen Bond Networks-Robust and Adaptable Supramolecular Synthon. CrystEngComm. 10 (3), 263-266 (2008).
  25. Sasaki, T., et al. Chirality Generation in Supramolecular Clusters: Analogues of Octacoordinated Polyhedrons. Cryst. Growth Des. 15 (2), 658-665 (2015).
  26. Hisaki, I., Sasaki, T., Tohnai, N., Miyata, M. Supramolecular-Tilt-Chirality on Twofold Helical Assemblies. Chem. Eur. J. 18 (33), 10066-10073 (2012).
  27. Sasaki, T., Hisaki, I., Tsuzuki, S., Tohnai, N., Miyata, M. Halogen Bond Effect on Bundling of Hydrogen Bonded 2-Fold Helical Columns. CrystEngComm. 14 (18), 5749-5752 (2012).
  28. Yuge, T., Sakai, T., Kai, N., Hisaki, I., Miyata, M., Tohnai, N. Topological Classification and Supramolecular Chirality of 21-Helical Ladder-Type Hydrogen-Bond Networks Composed of Primary Ammonium Carboxylates: Bundle Control in 21-Helical Assemblies. Chem. Eur. J. 14 (10), 2984-2993 (2008).
  29. Sada, K., et al. Organic Layered Crystals with Adjustable Interlayer Distances of 1-Naphthylmethylammonium n-Alkanoates and Isomerism of Hydrogen-Bond Networks by Steric Dimension. J. Am. Chem. Soc. 126 (6), 1764-1771 (2004).
  30. Tanaka, A., et al. Supramolecular Chirality in Layered Crystals of Achiral Ammonium Salts and Fatty Acids: A Hierarchical Interpretation. Angew. Chem. Int. Ed. 45 (25), 4142-4145 (2006).
  31. Sada, K., et al. Multicomponent Organic Alloys Based on Organic Layered Crystals. Angew. Chem. Int. Ed. 44 (43), 7059-7062 (2005).
  32. Sasaki, T., et al. Characterization of Supramolecular Hidden Chirality of Hydrogen-Bonded Networks by Advanced Graph Set Analysis. Chem. Eur. J. 20 (9), 2478-2487 (2014).
  33. Okamoto, Y., Honda, S., Yashima, E., Yuki, H. Complete Chromatographic Resolution of Tris(acetylacetonato)cobalt(III) and Chromium(III) on an Optically Active Poly(triphenylmethyl methacrylate) Column. Chem. Lett. 12 (8), 1221-1224 (1983).
  34. Nakano, T., Okamoto, Y. Synthetic Helical Polymers: Conformation and Function. Chem. Rev. 101 (12), 4013-4038 (2001).
  35. Chalmers, J. M., Griffiths, P. R. . Handbook of Vibrational Spectroscopy. , (2002).
  36. Griffiths, P. R., Delaseth, J. A. . Fourier Transform Infrared Spectrometry. , (2007).
  37. Stout, G. H., Jensen, L. H. X-Ray Structure Determination: A Practical Guide. Wiley-Interscience. , (1989).
  38. Massa, W., Gould, R. O. . Crystal Structure Determination. , (2004).
  39. Burla, M. C., et al. SIR2004: an Improved Tool for Crystal Structure Determination and Refinement. J. Appl. Cryst. 32 (2), 115-119 (2005).
  40. Sheldrick, G. M. A Short History of SHELX. Acta Cryst. A. 64 (1), 112-122 (2008).
  41. Rigaku. . CrystalStructure 3.8: Crystal Structure Analysis Package. , (2007).
  42. Allen, F. H. The Cambridge Structural Database: A Quarter of a Million Crystal Structures and Rising. Acta Cryst. B: Structural Science. 58 (3), 380-388 (2002).
  43. Bruno, I. J., et al. New Software for Searching the Cambridge Structural Database and Visualising Crystal Structures. Acta Cryst. B: Structural Science. 58 (3), 389-397 (2002).
  44. . Cambridge Strucural Database Access From Available from: https://summary.ccdc.cam.ac.uk/structure-summary-form (2015)
  45. Macrae, C. F. Mercury CSD 2.0 – New Features for the Visualization and Investigation of Crystal Structures. J. Appl. Cryst. 41 (2), 466-470 (2008).
  46. Macrae, C. F. Mercury: Visualization and Analysis of Crystal Structures. J. Appl. Cryst. 39 (3), 453-457 (2006).
  47. Bruno, I. J. New Software for Searching the Cambridge Structural Database and Visualising Crystal Structures. Acta Cryst. B. 58 (3), 389-397 (2002).
  48. Taylor, R., Macrae, C. F. Rules Governing the Crystal Packing of Mono- and Di-alcohols. Acta Cryst. B. 57 (6), 815-827 (2001).
  49. Schrödinger, L. L. C. . The PyMOL Molecular Graphics System, Version 1.7.1.6. , (2015).
  50. Gruenloh, C. J., Carney, J. R., Arrington, C. A., Zwier, T. S., Fredericks, S. Y., Jordan, K. D. Infrared Spectrum of a Molecular Ice Cube: The S4 and D2d Water Octamers in Benzene-(Water)8. Science. 276 (5319), 1678-1681 (1997).
  51. Blanton, W. B., et al. Synthesis and Crystallographic Characterization of an Octameric Water Complex (H2O)8. J. Am. Chem. Soc. 121 (14), 3551-3552 (1999).
  52. Yamamoto, A., et al. Diamondoid Porous Organic Salts toward Applicable Strategy for Construction of Versatile Porous Structures. Cryst. Growth Des. 12 (9), 4600-4606 (2012).

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Citer Cet Article
Sasaki, T., Ida, Y., Yuge, T., Yamamoto, A., Hisaki, I., Tohnai, N., Miyata, M. Construction and Systematical Symmetric Studies of a Series of Supramolecular Clusters with Binary or Ternary Ammonium Triphenylacetates. J. Vis. Exp. (108), e53418, doi:10.3791/53418 (2016).
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