من جزيئات المواد: هندسة البلورات السائلة الأيونية الجديدة من خلال الربط هالوجين

الهدف العام من هذا البروتوكول هو توفير إجراء لتحضير بلورات سائلة أيونية فوق جزيئية جديدة تعتمد على الترابط الهالوجيني بدءاً من وحدات بناء غير ميزومورفية. لقد أصبح الترابط الهالوجيني أداة للتحكم في ظواهر التجميع ذاتي التنظيم، ويمكن أن يلعب دوراً هاماً جداً في تحديد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد الحيوية. ويتميز الترابط الهالوجيني بقوة كافية للتغلب على المجال المنخفض الموجود بين مركبات البيرفلوروكربون والهيدروكربون، ويمكن استغلاله لإدخال أي وحدات مفلورة في مادة فوق جزيئية جديدة.

بشكل عام، يشعر الأشخاص الجدد في هذا المجال بالتشكك لأن الهالوجينات هي أنواع غنية بالإلكترونات. ومع ذلك، تظهر منطقة من الجهد الإلكتروستاتيكي الموجب على امتداد الرابطة التساهمية في ذرات الهالوجين المرتبطة تساهمياً. إن قدرة الأيون على المشاركة في ترابط الهالوجين في الاتجاه المثالي للتفاعل أعطتنا هذه الفكرة لتطبيق هذه الطريقة في تصميم البلورات السائلة الأنيونية.

لتحضير المعقدات المرتبطة بالهالوجين من المحلول، قم أولاً بإذابة 50 milligrams من ملح الإيميدازوليوم في 0.5 milliliters من الأسيتونيتريل. بعد ذلك، أذب 229 milligrams من بيرفلورو أوكتيل يوديد في 0.5 milliliters من الأسيتونيتريل. اخلط المحلولين في قارورة.

بعد ذلك، ضع القارورة في وعاء مملوء بزيت البارافين واترك المذيب ينتشر ببطء في الزيت في درجة حرارة الغرفة. ولا يزال من الصعب توقع تكوين وبنية البنية فوق الجزيئية النهائية، لأن أنيونات اليود يمكن أن تعمل كمستقبل لرابطة الهالوجين متعدد السن. ومع ذلك، كشف تحليل AC وحيود الأشعة السينية أن أنيون اليود يرتبط تفضيلياً بسلاسل perfluorooctyl.

لتحضير معقدات الترابط الهالوجيني باستخدام منهجية الصهر، امزج ملح الإيميدازوليوم مع iodo-perofluoroalkane المناسب في قارورة زجاجية شفافة من البوروسيليكات مجهزة بقضيب تحريك مغناطيسي. أغلق القارورة وضعها في حمام زيتي مع التحريك القوي. سخن خليط التفاعل عند 70 degrees Celsius لمدة 15 دقيقة.

بعد ذلك، قم بتبريد الخليط حتى درجة حرارة الغرفة. تمتاز الجزيئات المفلورة بكونها شديدة التطاير، لذا تتطلب هذه المنهجية نظامًا محكم الإغلاق للحد من تطاير iodo-perfluoroalkane. قم بتحضير طبقة رقيقة من العينة عن طريق وضع كمية ضئيلة (بمقدار طرف ملعقة) من المعقد فوق الجزيئي بين شريحتين زجاجيتين دقيقتين.

ضع العينة في المنصة الساخنة لمجهر ضوئي مستقطب بين مستقطبين متقاطعين وقم بتسخين العينة حتى تنصهر. وأخيرًا، أخضع العينة لدورات تسخين وتبريد متكررة من أجل تحفيز التحولات الطورية. وقد كان تحليل DSC للمركب الذي تم الحصول عليه من ملح الإيميدازوليوم و iodo-perfluorooctane متوافقًا مع النسبة المولية المفضلة 1:2.

يظهر المخطط الحراري للمعقد بنسبة 1:1 ملح الإيميدازوليوم غير المعقد. بينما يظهر في المعقد بنسبة 1:3 وجود فائض من مادة iodo-perfluorooctane النقية. أما المخطط الحراري للمعقد بنسبة 1:2 فيظهر قمة واحدة متميزة عن المركبات البادئة، مما يثبت تكون نوع بلوري نقي جديد.

يُظهر طيف الرنين المغناطيسي النووي للفلور (NMR) للمعقد المتكون بين ملح الإيميدازوليوم والبيرفلورو-أوكتان اليودي إزاحة نحو المجال الأعلى بمقدار 1.2 ppm لمجموعة ثنائي فلورو ميثيلين المجاورة لليود، مما يؤكد وجود تفاعلات غير تساهمية تشمل ذرات الهالوجين كأنواع إلكتروفيلية. كما يؤكد تحليل الأشعة السينية لبلورة واحدة للمعقد المتكون بين يوديد 1-إيثيل-3-ميثيل إيميدازوليوم والبيرفلورو-أوكتان اليودي أن الترابط الهالوجيني هو الذي يوجه تكوين معقد فوق جزيئي ثلاثي الوحدات، حيث يعمل أنيون اليوديد كمستقبل رابطة هالوجينية ثنائي السن يربط سلسلتين مفلورتين. وكشف مسعر المسح التفاضلي (DSC) والمجهر الضوئي المستقطب أن جميع المعقدات انصهرت عند درجات حرارة أقل من 100 درجة مئوية، وأظهرت سلوكاً بلورياً سائلاً مضاداً للتروبية مع ظهور أطوار سمكتيك B وسمكتيك A.

عند التبريد، تم تحديد الانتقال من الطور السمتي A إلى الطور السمتي B من خلال التخططات المميزة عبر الجزء الخلفي من الرقائق. يوضح النظام فوق الجزيئي المذكور في الورقة البحثية، ولأول مرة، تطبيق الترابط الهالوجيني في بناء البلورات السائلة الأيونية فوق الجزيئية. وبفضل التصميم فوق الجزيئي الدقيق القائم على التوجيه العالي للرابطة الهالوجينية وتأثير كره الفلور، يمكن الحصول على بلورات سائلة عكس الميزوتروبية تعتمد على سينثونات ترابط هالوجيني فوق جزيئية صلبة وغير أروماتية كنواة ميزوجينية.

يمثل النهج فوق الجزيئي المعروض هنا منصة جذابة لتصميم مواد بلورية سائلة جديدة، ويمكن أن يوفر فرصاً جديدة لتطوير مواد وظيفية متطورة.