Özet

Bouw en Systematische Symmetric Studies van een serie van Supramoleculaire Clusters met binaire of ternaire ammonium Triphenylacetates

Published: February 15, 2016
doi:

Özet

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

Functies van clusters in nano of sub-nanoschaal sterk afhankelijk zijn van niet alleen allerlei onderdelen daarvan, maar ook arrangementen, of symmetrie, hun onderdelen. Daarom is de regeling in de clusters zijn nauwkeurig gekarakteriseerd, vooral voor metaalcomplexen. In tegenstelling hiermee karakteriseringen van moleculair regelingen supramoleculaire clusters bestaande uit organische moleculen zijn beperkt tot enkele gevallen. Dit komt omdat de constructie van supramoleculaire clusters, met name het verkrijgen van een reeks van het supramoleculaire clusters, is moeilijk vanwege de lage stabiliteit van niet-covalente bindingen te vergelijken covalente bindingen. Vanuit dit oogpunt, het gebruik van organische zouten is een van de meest bruikbare strategieën. Een reeks van de supramoleculen kunnen worden geconstrueerd door combinatie van een specifieke organische molecuul met verschillende tegenionen. Vooral primaire ammonium carboxylaten zijn geschikt als typische voorbeelden van supramoleculen vanwege verschillende soorten carbonzurenen primaire aminen zijn in de handel verkrijgbaar, en het is gemakkelijk om combinaties te veranderen. Eerder werd aangetoond dat primaire ammonium triphenylacetates met verschillende soorten primaire aminen specifiek construct supramoleculaire clusters, die bestaan ​​uit vier en vier ammonium triphenylacetates geassembleerd door ladingsgekoppelde ondersteunde waterstofbruggen, in kristallen verkregen uit niet-polaire oplosmiddelen. Deze studie toont een toepassing van de specifieke constructie van de supramoleculaire clusters als een strategie om systematisch symmetrische onderzoek uit te voeren om verduidelijking van correlaties tussen moleculaire regelingen supramoleculen en de soorten en aantallen van de onderdelen. Evenzo met binaire zouten uit triphenylacetates en één soort primaire ammoniums, ternaire organische zouten uit triphenylacetates en twee soorten ammonium construeren supramoleculaire clusters, bieden een reeks van de supramoleculaire clusters met verschillende soorten en aantallen van de componenten.

Introduction

Supramoleculen zijn fascinerend en belangrijk onderzoek doelstellingen vanwege hun unieke functies, zoals de bouw van supramoleculaire architecturen, het aftasten van ionen en / of moleculen en chirale scheidingen, afkomstig van hun moleculaire herkenning vaardigheden met behulp van flexibele niet-covalente bindingen 1-11. In erkenningen moleculaire symmetrie van supramoleculaire assemblages is een van de belangrijkste factoren. Ondanks het belang is het nog steeds moeilijk om supramoleculen ontwerpen met de gewenste symmetrie door flexibiliteit in aantallen en soorten componenten en hoeken en afstanden van niet-covalente bindingen.

Verduidelijking van de correlaties tussen de symmetrieën van supramoleculen en hun componenten op basis van systematische studies is handig strategie om de bouw van de gewenste supramoleculen bereiken. Hiertoe werden supramoleculaire clusters geselecteerd als onderzoekdoelen omdat zij bestaan ​​beperkt aantal onderdelen eend zijn evalueerbare theoretisch 12-14. Anders dan metaalcomplexen, zijn er een beperkt aantal rapporten construeren supramoleculaire clusters vanwege de lage stabiliteit van niet-covalente bindingen voor het behoud van de supramoleculaire structuren 15,16. Deze lage stabiliteit wordt ook een probleem bij het verkrijgen van een reeks van supramoleculaire assemblages die dezelfde soort structuren. In deze studie, lading geassisteerde waterstofbindingen organische zouten, waarvan een van de meest robuuste niet-covalente bindingen 17-20 zijn voornamelijk gebruikt voor specifieke supramoleculaire assemblages voorkeur 21-32 construeren. Het is ook opmerkelijk dat organische zouten bestaan ​​uit zuren en basen, en dus verschillende soorten organische zouten worden gemakkelijk verkregen door gewoon mengen van verschillende combinaties van zuren en basen. Vooral organische zouten zijn nuttig voor systematisch onderzoek vanwege combinaties van een specifieke component met verschillende soorten tegenionen leiden tot dezelfde soort supramolecular assemblages. Daarom is het mogelijk om structurele verschillen van supramoleculaire assemblages basis van soorten tegenionen vergelijken.

In vroegere werken supramoleculen met 0-dimensionale (0-D), 1-dimensionale (1-D) en 2-dimensionale (2-D) waterstofbinding netwerken primaire ammonium carboxylaten werden bevestigd en gekarakteriseerd uit een oogpunt van chiraliteit 32. Deze multi-dimensionale supramoleculen zijn belangrijk onderzoek doelen in hiërarchische Crystal Design 27 evenals toepassingen te profiteren van hun dimensionaliteit. Bovendien zou de karakterisering van waterstofbruggen netwerken belangrijke kennis over rollen van biologische moleculen omdat alle aminozuren die zijn ammonium en carboxylgroepen. Het verstrekken van richtlijnen om deze supramoleculen verkrijgen afzonderlijk geeft hen meer mogelijkheden in toepassingen. In deze supramoleculen, constructie van supramoleculaire clusters met 0-D waterstofbruggen netwerken relatively moeilijk als aangetoond in statistisch onderzoek 28. Echter, na klaring van de bij het ​​construeren van de supramoleculaire clusters zij selectief aangelegd, en een reeks van de supramoleculaire clusters verkregen 21-25,32. Deze werken maken het mogelijk om systematisch symmetrische studie te verrichten naar de supramoleculaire clusters om component-afhankelijke symmetrische kenmerken van de supramoleculaire clusters te verduidelijken. Daartoe de supramoleculaire clusters primaire ammonium triphenylacetates hebben interessante eigenschappen, dat wil zeggen, hun topologische variëteit waterstofbinding netwerken 24,32, die hun symmetrische functies en chirale conformaties van de component tritylgroepen (figuur 1a doet uitkomen en 1b). Hier methodologieën voor de bouw van een reeks van supramoleculaire clusters gebruik van primaire ammonium triphenylacetates en voor het karakteriseren van symmetrische kenmerken van de supramoleculaire clusters zijn demoneningedikt. Sleutels voor de bouw van de supramoleculaire clusters invoering van volumineuze tritylgroepen en herkristallisatie van het organische zouten van niet-polaire oplosmiddelen. Binaire en ternaire ammonium primaire triphenylacetates werden voor de constructie van de supramoleculaire clusters. Kristallografische studies uit oogpunt van topologieën van de waterstof-bonding netwerken 24,32, topografieën (conformaties) van tritylgroepen 33,34, en moleculaire regelingen analogen van octacoordinated veelvlakken 12 (figuur 1c) onthulde component-afhankelijke symmetrische kenmerken van de supramoleculaire clusters 25.

Protocol

1. Voorbereiding van de Single Crystals Samengesteld uit Primary Ammonium Triphenylacetates Bereid organische zouten, primaire ammonium triphenylacetates (figuur 1a). Ontbinden trifenylazijnzuur zuur (TPAA, 0,10 g, 0,35 mmol) en primaire amine:-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 (tBu, 2,5 x 10 -2 g, 0,35 mmol), of t -amylamine (t<…

Representative Results

Organisch zout vorming van TPAA en primaire amines werden bevestigd door FT-IR metingen. Kristalstructuren van de organische zouten werden geanalyseerd met eenkristal röntgendiffractie metingen. Hierdoor hetzelfde soort de supramoleculaire clusters, die bestaan ​​uit vier ammonium en vier triphenylacetates door ladingsgekoppelde ondersteunde waterstofbindingen (figuur 1a), werden bevestigd in alle eenkristallen van de organische zouten ongeacht de soorten en aantall…

Discussion

Een aantal supramoleculaire clusters met gesloten waterstofbruggen netwerken werd succesvol geconstrueerd en gekarakteriseerd uit oogpunt van chiraliteit en polyhedral functiemenu met organische zouten van TPAA, waarbij een tritylgroep is, en verschillende soorten en combinaties van primaire aminen. In deze werkwijze is de kritische stappen invoering van een molecuul met een volumineuze tritylgroep en herkristallisatie van organische zouten uit het molecuul en tegenionen van niet-polaire oplosmiddelen. Dit komt omdat de…

Açıklamalar

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

Referanslar

  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).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
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).

View Video