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Chemistry

Construction et Les études systématiques études symétriques d'une série de supramoléculaires Clusters avec binaire ou ternaire Triphenylacetates ammonium

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

Fonctions de clusters en nano ou l'échelle sub-nanométrique dépendent en grande partie non seulement des types de leurs composants, mais aussi des arrangements, ou la symétrie, de leurs composants. Par conséquent, les arrangements dans les grappes ont été précisément caractérisé, en particulier pour les complexes métalliques. Contrairement à cela, caractérisations des arrangements moléculaires dans les amas supramoléculaires composées de molécules organiques sont limités à quelques cas. En effet, la construction des grappes supramoléculaires, en particulier l'obtention d'une série de grappes supramoléculaires, est difficile en raison de la faible stabilité des liaisons non covalentes comparer aux liaisons covalentes. De ce point de vue, l'utilisation de sels organiques est l'une des stratégies les plus utiles. Une série des supramolécules pourrait être construit par combinaison d'une molécule organique spécifique avec divers contre-ions. En particulier, les carboxylates d'ammonium primaires sont utilisées comme exemples typiques de supramolécules parce que différents types d'acides carboxyliqueset des amines primaires sont disponibles dans le commerce, et il est facile de changer leurs combinaisons. Auparavant, il a été démontré que triphenylacetates d'ammonium primaires en utilisant divers types d'aminés primaires construire précisément grappes supramoléculaires, qui sont composées de quatre et quatre ammoniums triphenylacetates assemblées par des liaisons hydrogène assistée charge, dans les cristaux obtenus à partir de solvants non polaires. Cette étude démontre une application de la construction spécifique des amas supramoléculaires comme une stratégie pour mener une étude systématique symétrique des éclaircissements sur les corrélations entre les arrangements moléculaires dans supramolécules et les types et le nombre de leurs composants. De la même manière avec des sels de composés binaires triphenylacetates et une sorte d'ammoniums primaires, des sels organiques de composés ternaires triphenylacetates et deux types d'ammoniums construire des grappes supramoléculaires, ce qui donne une série de grappes supramoléculaires de divers types et le nombre de composants.

Introduction

Supramolécules sont des cibles de recherche fascinants et les plus importantes en raison de leurs fonctions uniques, comme la construction d'architectures supramoléculaires, de détection d'ions et / ou des molécules, et les séparations chirales, provenaient de leurs capacités de reconnaissance moléculaire en utilisant des liaisons non covalentes flexibles 1-11. En reconnaissance moléculaire, la symétrie des assemblages supramoléculaires est l'un des facteurs les plus importants. Malgré l'importance, il est encore difficile de concevoir supramolécules avec symétries souhaités en raison de la flexibilité dans le nombre et les types de composants, ainsi que les angles et les distances des liaisons non covalentes.

Clarification des corrélations entre les symétries de supramolécules et leurs composants basés sur des études systématiques est une stratégie utile pour atteindre la construction de supramolécules souhaités. A cet effet, les pôles supramoléculaires ont été sélectionnés en tant que cibles de recherche, car ils sont constitués de nombre limité de composants und sont évaluables en principe de 12 à 14. Cependant, contrairement aux complexes métalliques, il y a un nombre limité de rapports construction de grappes supramoléculaires raison de la faible stabilité des liaisons non covalentes pour soutenir les structures supramoléculaires 15,16. Cette faible stabilité est également un problème pour obtenir une série d'ensembles supramoléculaires qui présentent les mêmes types de structures. Dans cette étude, des liaisons hydrogène assisté charge de sels organiques, qui sont l'une des liaisons non covalentes les plus solides 17-20, sont principalement utilisées pour construire des assemblages supramoléculaires spécifiques préférentiellement 21-32. Il convient également de noter que les sels organiques sont composées d'acides et de bases, et donc de nombreux types de sels organiques sont facilement obtenues en mélangeant simplement les différentes combinaisons d'acides et de bases. Surtout, les sels organiques sont utiles pour des études systématiques en raison des combinaisons d'un composant spécifique avec différents types de contre-ions se traduisent par les mêmes types de supramoassemblées molécu-. Par conséquent, il est possible de comparer les différences de structure des assemblages supramoléculaires basés sur les types de contre-ions.

Dans des travaux antérieurs, supramolécules avec 0 dimensions (0-D), une dimension (1-D), et deux dimensions (2-D) des réseaux formant des liaisons hydrogène par des carboxylates d'ammonium primaires ont été confirmés et caractérisé du point de vue de chiralité 32. Ces supramolécules multidimensionnels sont des cibles de recherche importants dans la conception de cristal hiérarchique 27 ainsi que les applications qui exploitent leur dimensionnalité. En outre, la caractérisation des réseaux de liaisons hydrogène donnerait des connaissances importantes sur les rôles des molécules biologiques parce que tous les acides aminés ont ammonium et des groupes carboxyliques. Fournir des lignes directrices pour obtenir ces supramolécules leur donne séparément de nouvelles opportunités dans les applications. Dans ces supramolécules, la construction de clusters supramoléculaires avec les réseaux de liaisons hydrogène 0-D est relatively difficile que démontré dans l'étude statistique 28. Cependant, après clarification des facteurs pour construire des grappes supramoléculaires, ils ont été construits de manière sélective, et une série de pôles supramoléculaires ont été obtenues 21-25,32. Ces travaux permettent de procéder à l'étude systématique symétrique sur les grappes supramoléculaires de clarifier caractéristiques symétriques composants dépendant des grappes supramoléculaires. A cet effet, les agrégats supramoléculaires de triphenylacetates d'ammonium primaires présentent des caractéristiques intéressantes, à savoir, leur variété topologique dans des réseaux formant des liaisons hydrogène 24,32, ce qui serait le reflet de leurs caractéristiques symétriques ainsi que les conformations chirales des groupes composante de trityle (Figure 1a et 1b). Voici méthodologies pour la construction d'une série de groupes supramoléculaires utilisant triphenylacetates d'ammonium primaires et pour la caractérisation des fonctions symétriques des amas supramoléculaires sont des démonstré. Touches pour la construction des grappes sont supramoléculaires introduction de groupes trityle encombrants et recristallisation des sels organiques de solvants non polaires. triphenylacetates d'ammonium primaire binaires et ternaires ont été préparés pour la construction des grappes supramoléculaires. Études cristallographiques de points de vue des topologies des réseaux de liaisons hydrogène, 24,32 topographies (conformations) de groupes trityle 33,34 et arrangements moléculaires que des analogues de polyèdres octacoordinated 12 (Figure 1c) ont révélé des caractéristiques symétriques composants dépendant des grappes supramoléculaires 25.

Protocol

1. Préparation de monocristaux Composé de primaires Triphenylacetates ammonium Préparer des sels organiques, triphenylacetates d'ammonium primaires (Figure 1a). Dissoudre l'acide triphénylacétique (TRA, 0,10 g, 0,35 mmol) et amine primaire: n-butylamine (n Bu, 2,5 x 10 -2 g, 0,35 mmol), isobutylamine (isoBu, 2,5 x 10 -2 g, 0,35 mmol), t butylamine (t Bu, 2,5 x 10 -2 g, 0,35 mmol), ou t -amylami…

Representative Results

formation d'un sel organique de TRA et amines primaires ont été confirmés par des mesures FT-IR. des structures cristallines des sels organiques ont été analysés par monocristallines mesures de diffraction des rayons X. Par conséquent, les mêmes types de grappes supramoléculaires, qui sont composées de quatre ammoniums et quatre triphenylacetates par des liaisons hydrogène assistée charge (figure 1A), ont été confirmées dans tous les monocristaux de se…

Discussion

Une série de grappes supramoléculaires avec les réseaux fermés formant des liaisons hydrogène a été construit avec succès et caractérisé à partir de points de vue et les caractéristiques de chiralité polyédriques utilisant des sels organiques de TPAA, qui a un groupe trityle, et divers types et combinaisons d'aminés primaires. Dans ce procédé, les étapes critiques sont introduction d'une molécule par un groupe trityle encombrants et recristallisation de sels organiques composés d'ions mol…

Disclosures

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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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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