JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Chemistry

İnşaat ve İkili veya Üçlü Amonyum trifenilasetatlar ile Supramoleküler Kümeleri Bir Seri Sistematik Simetrik Çalışmaları

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

nano veya alt nano ölçekte kümelerin Fonksiyonları önemli ölçüde bileşenlerin sadece kendi bileşenleri türlü değil, aynı zamanda düzenlemeler, ya da simetri bağlıdır. Bu nedenle, kümelerdeki düzenlemeler tam olarak özellikle metal kompleksleri için, karakterize edilmiştir. Bunun aksine, organik moleküllerin oluşan supramoleküler kümelerde moleküler düzenlemelerin karakterizasyonu bazı durumlarda sınırlıdır. Özellikle supramoleküler kümeleri bir dizi elde supramoleküler kümeleri, inşaat nedeniyle tahvil kovalent karşılaştırmak kovalent olmayan bağların düşük istikrarı zor olmasıdır. Bu bakış açısından, organik tuzların kullanımı en yararlı yöntemlerden biridir. Supramoleküller bir dizi çeşitli karşı iyon olan belirli organik molekülün kombinasyonları ile imal edilebilir. Özellikle, primer amonyum karboksilatlar karboksilik asitlerin çeşitli için Supramoleküller tipik örnekleri olarak uygundurlarve primer aminler ticari olarak temin edilebilir, ve bunların kombinasyonları değiştirmek kolaydır. Daha önce, bu primer amonyum trifenilasetatlar özellikle polar olmayan çözücüler elde edilen kristaller, şarj destekli hidrojen bağları ile bir araya dört amonyumlar dört trifenilasetatlar oluşan supramoleküler kümeleri, yapı birincil aminlerin çeşitli kullanılarak gösterilmiştir. Bu çalışma, moleküler Supramoleküller düzenlemeler ve çeşitleri ve bunların bileşenleri sayıları arasındaki korelasyon açıklama sistematik simetrik çalışma yapılması için bir strateji olarak supramoleküler kümelenmelerin özel yapım bir uygulama göstermektedir. İkili trifenilasetatlar oluşan tuz ve birincil amonyumlar bir tür, trifenilasetatlar oluşan üçlü organik tuzlar ve amonyumlar iki çeşit ile aynı şekilde bileşenlerin çeşitli ve numaraları ile supramoleküler kümelerin bir dizi karşılayabilme, supramoleküler kümeleri oluşturmak.

Introduction

Supramoleküller gibi supramoleküler mimarileri yapı olarak kendilerine özgü işlevlerinin etkileyici ve önemli araştırma hedefi, iyonlar ve / veya molekülleri ve şiral ayrılmaların algılama esnek kovalent olmayan bağlar 1-11 kullanılarak moleküler tanıma yetenekleri kaynaklanmıştır. Moleküler tanınma sürecinde, supramoleküler meclislerinin simetri en önemli faktörlerden biridir. önemine rağmen, bu rakam ve bileşenlerin türlü yanı sıra açıları ve kovalent olmayan bağların mesafelerde esnekliği nedeniyle istenen simetrileri ile Supramoleküller tasarlamak hala zor.

sistematik çalışmalara dayanarak Supramoleküller ve bileşenlerinin simetrilerinin arasındaki korelasyon netleştirilmesi istenen Supramoleküller yapımını gerçekleştirmek için yararlı bir stratejidir. bu bileşenler arasında, sınırlı sayıda oluşur, bu amaçla, supramoleküler kümeleri araştırma hedefleri olarak seçilend teorik 12-14 değerlendirilebilir vardır. Ancak, metal kompleksleri aksine, supramoleküler yapılar 15,16 sürdürülmesi nedeniyle kovalent olmayan bağların düşük istikrar supramoleküler kümeleri oluşturarak raporların sınırlı sayıda vardır. Bu düşük istikrar da yapıların aynı çeşit var supramoleküler meclisleri bir dizi elde bir sorun haline gelir. Bu çalışmada, en güçlü kovalent olmayan bağlar 17-20 bir organik tuzların yükü destekli hidrojen bağları, esas olarak, belirli supramoleküler montajları, tercihen 21-32 oluşturmak için kullanılır. Organik tuzlar, asitler ve bazlar ve organik tuzların ve böylece bir çok çeşit oluşan kolayca sadece asitlerin ve bazların farklı kombinasyonları karıştırılması ile elde edilir bu da dikkat çekicidir. karşı iyonların çeşitli ile bir komponentin kombinasyonları supramo aynı tip neden olduğundan, özellikle, organik tuzlar sistematik çalışmalar için yararlıMolecular meclisleri. Nedenle, bu, karşı iyon çeşitleri göre supramoleküler birleşmelerin yapısal farkları karşılaştırmak mümkündür.

Önceki çalışmalarda, (0-D) 0-boyutlu 1-boyutlu (1-D), ve 2-boyutlu ile Supramoleküller (2-D) Birincil amonyum karboksilatlar tarafından hidrojen bağlayıcı ağları teyit ve kiralite bir bakış açısıyla karakterize edildi 32. Bu çok boyutlu Supramoleküller kendi boyutluluk istismar önemli araştırma hiyerarşik kristal tasarım 27 hedefler yanı sıra uygulamalardır. Buna ek olarak, hidrojen bağlayıcı ağ karakterizasyonu için, bütün amino asitlerin, biyolojik moleküllerin rolleri hakkında önemli bilgiler verecek amonyum ve karboksilik grupları vardır. Bu Supramoleküller elde etmek için yönergeleri sağlanması ayrı ayrı uygulamalarda onlara daha fazla fırsat verir. Bu Supramoleküller ise, 0-D hidrojen bağlayıcı ağları ile supramoleküler kümelerin inşaat göreceli olarak azdırZor y istatistiksel çalışmada 28 gösterildiği gibi. Bununla birlikte, supramoleküler kümeler oluşturmak için faktörlerin açıklama sonra, seçici olarak inşa edilmiş ve supramoleküler kümelerin bir dizi 21-25,32 elde edildi. Bu çalışmalar mümkün supramoleküler kümelerin bileşeni bağımlı simetrik özelliklerini açıklamak supramoleküler kümeleri sistematik simetrik çalışma yapılması olun. Bu amaç için, birincil amonyum trifenilasetatlar arasında supramoleküler kümeleri ilginç özelliklere sahip, yani bunların simetrik özelliklerin yanı sıra, bileşen tritil grupları şiral konformasyona (Şekil 1a yansıtacak hidrojen bağlayıcı ağları 24,32 kendi topolojik çeşitli ve 1b). şeytanlar burada birincil amonyum trifenilasetatlar kullanarak supramoleküler kümelerin bir dizi oluşturmak için ve supramoleküler kümelerin simetrik özelliklerini karakterize etmek için metodolojileri vardırtrated. supramoleküler kümeleri yapımı için anahtarları polar olmayan çözücüler, organik tuzların büyük tritil gruplarının eklenmesi ve yeniden kristalizasyon. İkili ve üçlü primer amonyum trifenilasetatlar supramoleküler kümelerin inşası için hazırlanmıştır. Hidrojen bağlayıcı ağlar 24,32, topografyaları tritil grupları 33,34 arasında (konformasyonları) ve octacoordinated çokyüzeylilerin 12 (Şekil 1c) analogları gibi moleküler düzenlemeleri arasında topolojileri açılarından kristallografik araştırmalar, supramoleküler kümelerin bileşeni bağımlı simetrik özelliklerini ortaya 25.

Protocol

İlköğretim Amonyum trifenilasetatlar oluşan Tek Kristallerinin 1. Hazırlık Organik tuzlar, primer amonyum trifenilasetatlar (Şekil 1a) hazırlayın. Trifenilasetik asit (TPAA, 0.10 g, 0.35 mmol) ve primer amin çözülür: n-butilamin (n Bu, 2.5 x 10 2 g, 0.35 mmol) izobutilamin (isoBu, 2.5 x 10 2 g, 0.35 mmol), t -butilamin, veya metanol içinde bir araya t -amylamine (t Am, 3.0 x 10 2 g, 0.35 mmol)…

Representative Results

TPAA ve primer aminlerin organik tuz oluşumu FT-IR ölçümleri ile teyit edildi. organik tuzların kristal yapıları, tek kristal X ışını difraksiyon ölçümleri ile analiz edilmiştir. Bunun bir sonucu olarak, dört amonyumlar ve şarj destekli hidrojen bağları (Şekil 1a) dört trifenilasetatlar oluşan supramoleküler kümeleri, aynı türde, çeşitleri ve sayısı ne olursa olsun, organik tuzların tek kristaller tüm doğrulanmıştır bileşeni amonyum <…

Discussion

Kapalı hidrojen bağlayıcı ağları ile supramoleküler kümelerin bir dizi başarıyla inşa edilmiş ve bir tritil grubuna sahip TPAA, ve çeşitli ve birincil aminler kombinasyonlarının organik tuzlar kullanılarak kiralite bakış açıları ve çok yüzlü özelliklerden karakterize edildi. Bu yöntemde, kritik adımlar polar olmayan çözücülerden molekül ve karşı iyon oluşan organik tuzların hacimli tritil grubu ve yeniden kristalleştirme ile bir molekülün bir giriş vardır. supramoleküler kümes…

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Tags

Supramolecular ClustersBinary Ammonium TriphenylacetatesTernary Ammonium TriphenylacetatesSingle Crystal X-ray DiffractionSymmetryOrganic SaltsTriphenylacetic AcidAminesTolueneHexaneInfrared Spectroscopy

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This 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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image