Кэхо Мэеда, доктор Хидето Ито, профессор Кеничиро Итэми JST-ЭРАТО Итэми Молекулярный Наноуглеродный Проект и Институт Поддающихся трансформации Биомолекул (ITbM) Нагойского университета и их коллеги сообщили в Журнале американского Химического Общества, на разработке новой и простой стратегии, «спираль к трубе» синтезировать ковалентные органические нанотрубки.Органические нанотрубки (ONTs) являются органическими молекулами с трубчатыми наноструктурами. Наноструктуры – структуры, которые располагаются между 1 нм и 100 нм, и у ONTs есть впадина размера миллимикрона. О различных применениях ONTs сообщили, включая молекулярные материалы признания, трансмембранный ионный канал / датчики, электропроводящие материалы и органическая гелиотехника.
Большинство ONTs построено процессом самосборки на основе слабых нековалентных взаимодействий, таких как соединение водорода, гидрофобные взаимодействия и π-π взаимодействия между ароматическими кольцами. Из-за этих относительно слабых взаимодействий, большинство нековалентных ONTs обладает относительно хрупкой структурой.Ковалентный ONTs, трубчатые скелеты которого поперечный связаны ковалентным соединением (связь, сделанная, разделяя электронов между атомами), мог быть синтезирован от нековалентного ONTs. В то время как ковалентный ONTs показывают более высокую стабильность и механическую силу, чем нековалентный ONTs, общая синтетическая стратегия ковалентного ONTs состояла в том, чтобы все же быть установлена.
Команда во главе с Хидето Ито и Кеничиро Итэми преуспела в том, чтобы разработать простой и эффективный метод для синтеза прочного ковалентного ONTs (труба) оперативно простым легким озарением с готовностью доступного винтового полимера (спираль). Эта так называемая стратегия «спирали к трубе» основана на следующих шагах: 1) полимеризация маленькой молекулы (мономер), чтобы сделать винтовой полимер сопровождаемым, 2) вызванное светом поперечное соединение при продольном повторении передач через целую спираль, чтобы сформировать ковалентные нанотрубки.С их стратегией команда проектировала и синтезировала находящиеся в diacetylene винтовые полимеры (ацетилены – молекулы, которые содержат углеродный углерод тройные связи), poly (m-фенилен diethynylene) s (poly-PDEs), у которого есть chiral цепи стороны амида, которые в состоянии вызвать винтовое сворачивание через соединяющие водород взаимодействия.Исследователи показали, что вызванное светом поперечное соединение в в длину выровненных 1,3-butadiyne половинах (группа молекул, которые содержат четыре углерода с тройными связями в первом и третьем углероде) могло произвести желаемое ковалентное ОНТАРИО, «Это – первый раз в мире, который покажет, что фотохимическая реакция полимеризации diynes применима к поперечной связывающейся реакции винтового полимера», говорит Мэеда, аспирант, который, главным образом, провел эксперименты.
Метод «спирали к трубе», как ожидают, будет в состоянии произвести диапазон основанных на ONT материалов, просто изменяя арен (ароматическое кольцо) единица в мономере.«Одна из самых трудных частей этого исследования была то, как получить научное доказательство на структурах poly-PDEs и ковалентного ONTs», заявляют ITO, один из лидеров этого исследования. «У нас был небольшой опыт с анализом полимеров и макромолекул, таких как ONTs. К счастью, благодаря поддержке наших сотрудников в Нагойском университете, которые являются специалистами в этих конкретных областях исследования, мы наконец преуспели в том, чтобы характеризовать эти макромолекулы различными методами включая спектроскопию, дифракцию рентгена и микроскопию».
«Хотя нам потребовался приблизительно год, чтобы синтезировать ковалентный ONT, другому потребовался с половиной год, чтобы определить структуру нанотрубки», говорит Мэеда. «Я был чрезвычайно взволнован, когда я увидел в первый раз изображения микроскопии электрона передачи (TEM), которые указали, что мы на самом деле сделали ковалентный ONT, который мы ожидали», она продолжает.«Большая часть исследования для меня находила, что фотохимическое поперечное соединение произошло на спирали впервые», говорит Мэеда. «Кроме того, фотохимическое поперечное соединение, как известно, обычно происходит в твердой фазе, но мы смогли показать, что реакция происходит в фазе решения также. Поскольку реакции никогда не выполнялись прежде, я был сомнителен сначала, но это было замечательное чувство, чтобы преуспеть в том, чтобы заставить реакцию работать впервые в мире. Я могу сказать наверняка, что это было моментом, где я действительно счел исследование интересным».
«Мы были действительно счастливы разработать этот простой все же сильный метод, чтобы достигнуть синтеза ковалентного ONTs», заявляют Итами, директор проекта JST-ЭРАТО и директор центра ITbM. «Метод «спирали к трубе» позволяет дизайн молекулярного уровня и приведет к синтезу различного ковалентного ONTs с фиксированными диаметрами и длин трубы с желательными функциональностями».«Мы предусматриваем, что продолжающиеся достижения в методе «спирали к трубе» могут привести к развитию различных основанных на ONT материалов включая электропроводящие материалы и люминесцентные материалы», заявляет ITO. «Мы в настоящее время выполняем работу на методологии «спирали к трубе», и мы надеемся синтезировать ковалентный ONTs с интересными свойствами для различных заявлений».