バイナリまたは三元アンモニウムTriphenylacetatesと超分子クラスターのシリーズの構築と体系的対称研究

Chemistry

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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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Abstract

ナノまたはサブナノスケールでのクラスターの機能が大幅にそれらの成分だけでなく、それらの成分の種類だけでなく、アレンジ、または対称性に依存します。そのため、クラスタ内の配置は、特に金属錯体のために、正確に特徴づけられています。これに反して、有機分子からなる超分子クラスターにおける分子配列の特徴付けは、いくつかの例に限定されています。特に超分子クラスターの一連を取得する超分子クラスターの構造は、社債を共有結合するために比較する非共有結合の安定性が低いために困難であるためです。この観点から、有機塩の使用は、最も有用な戦略の一つです。超分子のシリーズは、様々な対イオンを用いて、特定の有機分子の組み合わせにより構成することができます。特に、一級アンモニウムカルボキシレートは、カルボン酸の各種理由超分子の代表的な例として適していますそして第一級アミンは市販されており、それらの組み合わせを変更することは容易です。以前には、第一級アミンの様々な種類を使用して、一級アンモニウムtriphenylacetatesは、​​特に非極性溶媒から得られた結晶では、4つのアンモニウムおよび電荷支援水素結合によって集められた4つのtriphenylacetatesで構成されている超分子クラスターを構築することが実証されました。この研究は、分子超分子中の配置および種類とそのコンポーネントの数の間の相関関係の明確化のための体系的対称調査を実施するための戦略として、超分子クラスターの具体的な構成を適用することを示しています。 triphenylacetatesとプライマリアンモニウムの一種から成るバイナリ塩と同様に、triphenylacetates及びアンモニウムの二種類からなる三成分の有機塩は、成分の様々な種類や数を有する超分子クラスターのシリーズを得、超分子クラスターを構築します。

Introduction

超分子が原因で、このような超分子アーキテクチャの構築、イオンおよび/ ​​または分子の検出、およびキラル分離などの独自の機能、の魅惑的で重要な研究対象である、柔軟な非共有結合1-11を使用して、それらの分子認識能力に由来します。分子認識においては、超分子集合体の対称性は、最も重要な要因の一つです。重要性にもかかわらず、部品の数と種類における柔軟性、並びに​​角度および非共有結合の距離のために、所望の対称性を有する超分子を設計することは困難です。

系統的研究に基づく超分子とそのコンポーネントの対称性との間の相関関係の明確化は、所望の超分子の構築を達成するための有用な戦略です。それらは、構成要素の限られた数で構成されているので、この目的のために、超分子クラスターは、研究対象として選択しました。dは理論的には12月14日評価可能です。しかし、金属錯体とは逆に、超分子構造15,16を維持するための非共有結合の低い安定性のために、超分子クラスターを構築するレポートの数は限られています。この低い安定性は、構造体の同じ種類を持っている超分子集合体のシリーズを得る上で問題となります。この研究では、最も堅固な非共有結合17〜20のいずれかである有機塩の電荷アシスト水素結合は、主に特定の超分子アセンブリ優先21-32を構築するために使用されます。有機塩は、酸および塩基、ならびに有機塩の、したがって多数の種類で構成されているだけで簡単に酸と塩基の異なる組み合わせを混合することによって得られることにも注目すべきです。対イオンの様々な種類の特定成分の組合せはsupramoの同じ種類をもたらすので、特に、有機塩は、系統的な研究のために有用ですlecularアセンブリ。したがって、対イオンの種類に基づいて、超分子集合体の構造上の差異を比較することができます。

前の作品、0次元で超分子(0-D)、1次元(1-D)、および2次元では一級アンモニウムカルボキシレート(2-D)水素結合ネットワークは、キラリティーの観点から確認し、特徴づけました32。これらの多次元超分子は、階層型結晶デザイン27並びにそれらの次元を利用したアプリケーションにおける重要な研究対象です。全てのアミノ酸は、アンモニウム及びカルボキシル基を有するため、また、水素結合ネットワークの特性は、生体分子の役割についての重要な知見を与えます。これらの超分子を得るためのガイドラインを提供することは別々のアプリケーションでそれらをさらに機会を提供します。これらの超分子では、0-Dの水素結合ネットワークとの超分子クラスターの構築はrelativelです難しいyの統計的研究28に示されているように。しかし、超分子クラスターを構成する要素の説明の後に、それらを選択的に構築し、そして超分子クラスターの一連21-25,32を得ました。これらの作品は、それが可能な超分子クラスターのコンポーネントに依存する対称特性を明確にするために、超分子クラスターの系統的対称調査を実施することを可能にします。この目的のために、一級アンモニウムtriphenylacetatesの超分子クラスターが興味深い特徴を持っている、つまり、その対称の機能だけでなく、部品のトリチル基のキラル立体配座( 図1aを反映する水素結合ネットワーク24,32でのトポロジカル多様性、および図1b)。ここで、一級アンモニウムtriphenylacetatesを使用して超分子クラスターのシリーズを構築するための、および超分子クラスターの対称の機能を特徴づけるための方法論は悪魔ですtrated。超分子クラスターを構築するための鍵は、かさばるトリチル基の導入および非極性溶媒からの有機塩の再結晶化しています。バイナリと三元一級アンモニウムtriphenylacetatesは、​​超分子クラスターの構築のために調製しました。水素結合ネットワーク24,32、地形トリチル基33,34の(立体配座)、およびoctacoordinated多面体12( 図1c)の類似体などの分子配置のトポロジの観点から、結晶学的研究は、超分子クラスターのコンポーネントに依存する対称特性を明らかにしました25。

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Protocol

一級アンモニウムTriphenylacetatesからなる単結晶の作製

  1. 有機塩、一級アンモニウムtriphenylacetates( 図1a)を準備します。
    1. トリフェニル酢酸(TPAA、0.10グラム、0.35ミリモル)および第一級アミンを溶解:nはブチルアミン(nは富栄、2.5×10 -2グラム、0.35ミリモル)、イソブチルアミン(isoBu、2.5×10 -2グラム、0.35ミリモル)、 トンブチルアミンTPAAで、またはトンの -amylamine( トンのアム、3.0×10 -2グラム、0.35ミリモル)、一緒にメタノール(20ミリリットル)(Buは、2.5×10 -2グラム、0.35ミリモルトン ):アミン= 1:バイナリ有機塩の調製のための1のモル比です。
    2. - BuはT(1.3×10 -2 gで、0.17ミリモルのn Buは(1.3×10 -2 gであり、0.17ミリモル)の三元有機塩の場合には、TPAA(0.10グラム、0.35ミリモル)および第一級アミンの二種類を溶解)、nは富栄(1.3×10 -2グラム、0.17ミリモル) - トンのアム(1.5×10 -2グラム、0.17ミリモル)、イソ富栄(1.3×10 -2グラム、0.17ミリモル) -富栄トン (1.3×10 -2グラム、0.17ミリモル)、またはisoBu(1.3×10 -2グラム、0.17ミリモル) - トンのアム(1.5×10 -2グラム、0.17ミリモル)を、一緒にメタノールTPAA(20 mL)中:アミン1:アミン= 2:1:1。
    3. ロータリーエバポレーターにより、ソリューションのすべてを蒸発させる(40℃、200トル)、有機塩を得た:TPAA- のn Buは、TPAA-isoBu、TPAA- トン Buは、TPAA- トンアム、TPAA- nはアニトン Buは、TPAA- nはアニトンアム、TPAA-isoBu- トン富栄、およびTPAA-isoBu- トンアム。
  2. 超分子クラスターからなる単結晶を準備します。
    1. 超分子クラスターは、好ましくは、非極性環境に構成されているので、選択された非極性の良溶媒としてのトルエン中のガラスバイアル中の有機塩(5.0 mg)を(0.30 ml)をそれぞれ溶解します。有機塩TPAA- トン Buは、TPAA- トンアム、TPAA-isoBu- トン富栄、およびTPAA-isoBu- トンアム、熱トルエンアップトンのために40°C 0それらを溶解します。
    2. ヘキサンを追加:0.5ミリリットル、0.5ミリリットル、0.5ミリリットル、2ミリリットル、2ミリリットル、1ミリリットル、および0.5ミリリットル、TPAA- のn Buは、TPAA-isoBu、TPAA- トンアム、TPAA- n個の有機塩の溶液に、アニトン Buは、TPAA- nは富栄- トンのアム、TPAA-isoBu- トン富栄、およびTPAA-isoBu- トンアム、それぞれ、有機塩の溶液を除き、有機塩の溶解度を低下させる貧溶媒として富栄トン TPAA-。
    3. 日内単結晶を得、ガラスバイアル中で、室温で安定な溶液を保管してください。
  3. フーリエ変換により有機塩形成を確認する赤外線(FT-IR)スペクトル35,36を変換
    1. 100の重量比:1で臭化カリウム(KBr法)を用いて有機塩の単結晶を混ぜます。
    2. それは、均質な混合粉末になるまで、メノウ乳鉢により混合物を粉砕します。
    3. 粉末状の混合物とし、pでペレットを作る:丸ダイス(直径5mm)を埋めますペレットプレスでそれをressing。
    4. FT-IR分光計にペレットを入れ、測定を行う(累積数:16、分解能:1 -1)。

2.結晶学的研究

  1. ガラス板上にパラフィンにガラス瓶から有機塩TPAA- トンアムの高品質単結晶を拾います。結晶は、結晶を意味し、実体顕微鏡下で均一に見える複数の結晶の集合体が、単結晶ではなく、亀裂なしに0.3〜1ミリメートルの周りの結晶サイズを有します。
  2. ループ上の単結晶を入れてください。
  3. 単結晶X線回折装置において、単結晶でループを設定します。
  4. コリメータを選択:0.3、0.5、0.8、または1ミリメートル、単結晶の最大サイズによって異なります。
  5. 単一のCを使用して、単結晶からのX線回折パターン37,38を収集するために 、単結晶X線回折の予備測定を開始rystal X線回折装置(放射線源:グラファイト単色CuのKα(λ= 1.54187オングストローム)、露光時間:結晶の大きさに基づいて、30秒(決定)、検出器: 例えばイメージングプレート、クリスタル・ツー・検出器の距離:127.40ミリメートル、温度:213.1 K、フレーム数:3)。
  6. 可能な結晶パラメータを決定し、条件設定:上記の予備測定の結果に基づいて測定を以下のために、ω、χ、φ、およびフレーム数:露光時間、X線照射の角度を。
  7. (条件下で、単結晶X線回折装置を用いて単結晶から37,38を X線回折パターンを収集するために放射線源を、単結晶X線回折の定期的な測定を開始:グラファイトは、Cu 単色(λ= 1.54187 Å)、検出器: 例えばイメージングプレート、クリスタル・ツー・検出器のdistンス:127.40ミリメートル、温度:213.1 K)。
  8. 直接法、SIR2004 39またはSHELXS97 40によって回折パターンから結晶構造を解明し、F 2に基づいて、すべての観察の反射を使用して、フルマトリックス最小二乗法により絞り込みます。異方性変位パラメータを持つすべての非水素原子を絞り込み、および接続された非水素原子に対する、洗練されない等方性の変位パラメータで理想化された位置に水素原子を配置します。このような結晶構造41のようなソフトウェアを使用してこれらの計算を実行します。
  9. χ、ω、φ、およびフレーム数:コリメータサイズ、予備測定と定期的な測定のためのX線の露光時間、およびX線照射角度:ステップいくつかの条件の修正を加えた2.8から2.1からの手順を繰り返します、有機塩の単結晶のため:TPAA- のnアニトン Buは、TPAA- nはアニ<em>のトンアム、TPAA-isoBu- トン富栄、およびTPAA-isoBu- トンアムは、それらの結晶構造を明らかにしました。
  10. 有機塩の結晶構造を取得します。TPAA- nは富栄(refcode:MIBTOH)22、TPAA-isoBu(refcode:GIVFEX)24、およびTPAA- トン富栄(refcode:GIVFIB)23、ソフトウェアを使用して、ケンブリッジ結晶構造データベース42から、征服43、またはリクエストフォーム44。
  11. このような水銀45-48とPymol 49などのソフトウェアを使用して、コンピュータグラフィックスにより結晶構造中の超分子クラスターを調査。以前に分類したもの( 図1b)とΛまたはΔ( 図1a)のようなトリチル基のキラル立体配座を用いて得られたパターンを比較することにより、超分子クラスター中の水素結合パターンの点群対称性を決定します。
  12. 結晶構造のそれぞれにおいて超分子クラスターの多面体の特徴を特徴づけます有機塩。
    1. コンポーネントカルボン酸アニオン及びアンモニウムカチオンの炭素および窒素原子を除き、超分子クラスター中の原子のすべてを削除します。
    2. 元のカルボン酸およびアンモニウムカチオンが水素結合によって接続されているの炭素と窒素原子間の結合を作成します。
    3. 炭素 - 炭素及び窒素 - 窒素原子間の距離を測定し、(この研究では、それぞれ、炭素 - 炭素及び窒素 - 窒素距離5.3と4.1Å)のさらなる結合を作製するための境界を設定。
    4. 距離はそれぞれ5.4と4.2オングストローム未満であるの炭素 - 炭素および窒素 - 窒素原子間のさらなる結合を作ります。
    5. トランス -bicapped八面体( トン洪明甫 )として、TPAA-isoBu、TPAA- トン Buは、TPAA- トンアム、TPAA-isoBu- トン富栄、およびTPAA-isoBu- トンアム、三角面体:有機塩の得られる多面体を決定considerinによってそれぞれ(TD)、TD、TD、およびTD、グラム回転軸(C 3またはC 2)と同様に多面体の辺の数。
    6. 辺の数、対称要素、および超分子クラスター内の分子間相互作用を考慮することにより、TPAA- のn Buは、TPAA- nはアニトン富栄、およびTPAA- nはアニトンアム:有機塩の得られる多面体に追加の結合を作りますTD、 トン洪明甫 、および平方反角柱(SA):彼らは理想的なものよりも小さい側面を持っているので。
    7. そのC 2対称性と14元の債券に起因する2つの加算結合を行うことで、SAとしてTPAA- n個のBu塩の多面体を決定します。アニトン富栄とTPAA- nはアニトンアムnは TDとしてのC 2対称性と超分子クラスターの周りのトリチル基の「バンド」に基づいてTPAA-有機塩の他の多面体を決定します。すなわち、三元有機塩の超分子クラスター中のトリチル基を形成します4;その三フェニル環と多面体TDをかみ合いによって、バンドは「4酸( 図1c(II))、意味、彼らは同様の構造的特徴を持っているとを結ぶ側面を有します。

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Representative Results

TPAA及び第一級アミンの有機塩の形成は、FT-IR測定により確認しました。有機塩の結晶構造は、単結晶X線回折測定で分析しました。結果は、4アンモニウムおよび電荷支援水素結合( 図1a)フォーtriphenylacetatesから構成されている超分子クラスター、同じ種類、種類や数にかかわらず、有機塩の単結晶の全てにおいて確認されました成分アンモニウム( 表1、 図2)。この結果は、超分子クラスターの成分に依存する対称種を明確にするために系統的対称な研究にも適用可能です。

超分子クラスター上の系統的対称の研究によれば、超分子クラスターのキラリティーと多面体の特徴を発見された( 図1b 1c)は 、コンポーネントの一次アンモニウムの種類と数に依存します。 TPAA- n個のBuのバイナリ超分子クラスターは、トポロジカルな観点からアキラルD 2 D 水素結合ネットワークを持っています。 D 2 dはシェーンフリース記号のシンボルであり、互いに直交する3つの2倍の軸だけでなく、2倍の軸の2の間を通る2つの垂直ミラー面があることを意味します。超分子クラスタでは、その構成要素は、2倍の回転軸またはC 2対称性( 図3A)で正方形反角柱(SA)ように配置されています。アンモニウムカチオンのカルボン酸アニオンの炭素原子と窒素原子、および炭素 - 炭素、炭素 - 窒素、窒素 - 窒素原子間の新しい接続を作る:この多面体機能コンポーネント代表原子を有する分子を置き換えることによって明らかにされています原子の距離に。 Δ= 2:2、トリチル基超分子クラスターは、ラセミ体、Λを持っています。 Δ= 2:2、トリチル基( 3c、3dの)アキラルS 4水素結合ネットワークを持っているTPAA- トンのBuとTPAA- トンアムのバイナリ超分子クラスターは、またラセミ体、Λを持っています。これらの場合において、それらの成分はTPAA- N Buは超分子クラスターの場合と同じ分析によるとC 2対称性を有する三角面体(TD)の方法で配置されています。これらの場合に反して、TPAA-isoBuのバイナリ超分子クラスターがない二重の回転軸が、擬似三回回転軸( 図3b)を有するアキラルC Sの水素結合ネットワークを有しています。 Λとしてキラルなトリチル基のこの対称性の結果:Δ= 1:3( およびその逆)。すなわち、時Λコンフォメーションを有するトリチル基擬似三倍の回転軸上にあり、Δコンフォメーションを有する他のトリチル基の軸( およびその逆)の周りにあります。また、超分子クラスター内の分子配列は、3倍の回転軸、またはC 3対称にトランス -bicapped八面体( トン BO)のように属します。これらの研究から、水素結合ネットワーク(または多面体)はC 2または(擬似)C 3対称性を有する場合、トリチル基はラセミΛを形成することを好むということができる:Δ= 2:2、またはキラルΛ :Δ= 1:3( およびその逆)のコンフォメーション、それぞれ、バイナリ超分子クラスターインチ

持っているバイナリ超分子クラスター、TPAA- nはアニトン Buは、TPAA- nはアニトンアム、TPAA-isoBu- トン富栄、およびTPAA-isoBu- トンアムの三元系超分子クラスターの場合とは逆にC 2 / C 2 '、D 2、D、D 2、D、及びD 2 次元水素結合ネットワークは、それぞれ異なる特性( 図4)を有します 。それらのすべては、二倍の回転軸、またはC 2水素結合ネットワークにおける対称性、が、トリチル基はΛとしてキラリティーを有している:Δ= 0:4(及びその逆)。この結果は、第三成分の導入は、キラリティーを誘導するための有機塩の有用性を実証し、超分子クラスターの減少を対称につながる示します。トリチル基のキラリティーは、キラルカラム33,34で使用されることに留意されたいです。三元系超分子クラスターに関するさらなる調査はトリチル基が超分子クラスター( 図5)において互いに噛合したことを明らかにしました。この噛合は、メインのいずれかになりますΔ= 0:4( およびその逆)他の人にトリチル基の1のキラリティーを提供することにより、立体配座の要因は、キラルΛを形成します。 4 TPAAアニオン間のこの接続は、TDの構造的特徴( 図5b)と同様であるので、三元超分子クラスターの多面体を容易バイナリ超分子クラスターの場合と同じ分析の組み合わせによってTDとして決定されます。

図1
図1:水素結合超分子クラスターの水素結合超分子クラスターの特性(a) 形成。 (i)の化学構造は、キラルトリチル立体配座でtriphenylacetates:左(Λ)と右利き(Δ)、及び(ii)第一のアンモニウムは、この研究で採用。 (b)は水素結合のトポロジカル分類超分子クラスターのネットワーク。点群の対称性はシェーンフリース記号によって記述されています。 (c)の多面体アレンジ:(ⅰ)定期的なキューブ(RC)(ii)の三角十二面体(TD)(iii)のトランス -bicapped八面体( トン洪明甫 )、および(iv)の正方形反角柱(SA)。この図は、変更されたとCrystからの許可を得て適応されています。成長デス 15(2)、658から665、DOI:10.1021 / cg5013445(2015)。著作権(2015年)アメリカ化学会。

図2
図2:超分子クラスターの構造 (a)のバイナリ有機塩の超分子クラスターの構造:(ⅰ)TPAA- nは富栄(ⅱ)TPAA-isoBu(iii)のTPAA- トンのBu、および(iv)TPAA- トンアム、および(b)は、三元有機塩は、(i)TPAA- のnアニトン富栄(ii)のTPAA- のnアニトンアム(iii)のTPAA-isoBu- トン富栄、および(iv)TPAA-isoBu- トンのアム。超分子クラスターの全てはTPAAアニオンと一級アンモニウムカチオンのイオン対によって構成されています。水素結合は点線で水色で示されています。この図は、変更されたとCrystからの許可を得て適応されています。成長デス 15(2)、658から665、DOI:10.1021 / cg5013445(2015)。著作権(2015年)アメリカ化学会。

図3
図3:バイナリ有機塩の多面体超分子クラスターバイナリ有機塩の多面体超分子クラスターの構造(a)のTPAA- nは富栄(SA)(b)のTPAA-isoBu( トン洪明甫 )(c)のTPAA- トン富栄(TD)。 、および(d)TPAA- T AM(TD)。 (I)超分子クラスターの完全な構造とカルボキシル基の炭素原子で表される成分(II)の多面体配置、および超分子クラスターにおけるアンモニウム基の窒素原子。 ΛまたはΔコンフォメーションとトリチル基はそれぞれ、光ピンクや水色に着色されています。記号「C 2 * 'は2回回転軸が擬似対称であることを意味します。アンモニウムは緑色に着色されています。水素原子は明瞭のために省略されています。この図は、変更されたとCrystからの許可を得て適応されています。成長デス 15(2)、658から665、DOI:10.1021 / cg5013445(2015)。著作権(2015年)アメリカ化学会。

図4
図4:三成分の有機塩の多面体超分子クラスター三有機塩の多面体超分子クラスターの構造(a)のTPAA- のnアニトン富栄(TD)(b)のTPAA- のnアニトンアム(TD)(c)のTPAA。 -isoBu- TのBu(TD)、および(d)TPAA-isoBu- T AM(TD)。(I)超分子クラスターの完全な構造および超分子クラスターで、カルボン酸アニオン及びアンモニウム陽イオンの窒素原子の炭素原子で表される成分(II)の多面体の配置を。 ΛまたはΔコンフォメーションとトリチル基はそれぞれ、光ピンクや水色に着色されています。アンモニウムは富栄とisoBu t Buは tアムのためのオレンジnに緑色に着色されています。水素原子は明瞭のために省略されています。この図は、変更されたとCrystからの許可を得て適応されています。成長デス 15(2)、658から665、DOI:10.1021 / cg5013445(2015)。著作権(2015年)アメリカ化学会。

図5
図5:三元超分子クラスター中のトリチル基の配置(TPAA-isoBu- トン アム)INTEのマナー(ⅰ)1および2、(ii)の2および3、(iii)の3および4、および(iv)4と1(b)の模式図:4トリチル基(1から4までの番号)のうち二つの間rmesh 「バンド」構造のかみ合いトリチル基と三角十二面体のもので構成される。 Δコンフォメーションを有するトリチル基は水色に着色されています。アンモニウム:isoBuやトンアムは、それぞれ、緑とオレンジ色に着色されています。この図は、変更されたとCrystからの許可を得て適応されています。成長デス 15(2)、658から665、DOI:10.1021 / cg5013445(2015)。著作権(2015年)アメリカ化学会。

D 2 D
エントリー トポロジー トリチルキラリティー 多面体 参考文献。コードまたはCCDCなし。
TPAA- nは富栄 Λ:Δ= 2:2 SA MIBTOH [A]
TPAA-isoBu C S Λ:Δ= 1:3
Λ:Δ= 3:1
トン洪明甫 GIVFEX [B]
TPAA- トン富栄 S 4 Λ:Δ= 2:2 TD GIVFIB [C]
TPAA- トンアム S 4 Λ:Δ= 2:2 TD 973395 [D]
TPAA- nはアニトン富栄 C 2 / C 2 ' Λ:Δ= 4:0
Λ:Δ= 0:4
TD 973399 [D]
TPAA- n個アニトンのアム D 2 D Λ:Δ= 4:0
Λ:Δ= 0:4
TD 973398 [D]
TPAA-isoBu- トン富栄 D 2 D Λ:Δ= 4:0
Λ:Δ= 0:4
TD 973397 [D]
TPAA-isoBu- トンのアム D 2 D Λ:Δ= 4:0
Λ:Δ= 0:4
TD 973396 [D]

表1:超分子クラスターの特性[A] - [D]:参考文献を参照してください。それぞれ22、24、23、25、。この表は変更され、Crystからの許可を得て適応されています。成長デス。

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Discussion

閉鎖水素結合ネットワークと超分子クラスターの一連の構築に成功し、キラリティーの観点及び多面体機能TPAAの有機塩を使用して、トリチル基を有し、かつ様々な種類及び第一級アミンの組み合わせから特徴付けられました。この方法では、重要なステップは、非極性溶媒から分子と対イオンからなる有機塩の嵩高いトリチル基と再結晶と分子の導入です。超分子クラスターは、それぞれ、即ち、イオン性水素結合及び疎水性炭化水素は内側と外側である、逆ミセル構造を有しているためです。したがって、超分子クラスターは安定であり、選択的に非極性環境で構成されています。

超分子クラスターは、常に4アンモニウムおよび4 triphenylacetatesがありますが、suコマンドを与えて、2アンモニウムの種類だけでなく、アンモニウムのようなものを導入することが可能ですバイナリのものに加えて、三元超分子クラスターを形成することによりpramolecularクラスタ品種。超分子クラスターを形成する際にこの柔軟性は種類だけでなく、部品の数や超分子クラスターの多機能化を達成する可能性を示唆しているだけではないの依存性を明確にするための効果的な体系的対称の研究につながります。有機塩の高品質単結晶が容易に得られ、したがって、それらの結晶構造は、単結晶X線分析によって明らかにされたことも注目に値します。逆に、水素結合ネットワークは、超分子クラスターのものと同様であるから八量水クラスターのわずか数構造、及びそれらのトポロジーは、理論的に13分類された、実験50,51確認されている。上のこの利点は、超分子クラスターが好調な電荷支援水素結合に安定であり、結晶状態で効果的にパックされている事実に起因していますその立方体のような形状に起因します。

有機塩を使用する方法は、予測および/または系統的研究に基づいて超分子および結晶構造の制御を達成するために最も有用な手法の一つです。この研究では、超分子クラスターの選択的な構成でトリチル基結果の導入を示しています。特定の対称特性を有する超分子クラスターは、その対イオンに依存する対称な機能の解明の後に構築することができます。例えば、triphenylmethylammoniumスルホネートからなる超分子クラスターはダイヤモンドイドの多孔性有機塩52を構築することが報告されています。この研究で得られた結果は、コンポーネントを変更することにより、ダイヤモンドイドの構造及び多孔性構造体の別の未知のタイプを制御する可能性を示しています。また、別の特定の部分 (例えば、線状の長いアルキル鎖)の導入は、他のユニークな超分子の構築につながることができます例えば、超分子層)29-31。これらの超分子の系統的対称研究は超分子結晶のコンポーネントベースの対称性の制御を達成するために貢献することができます。カルボキシレートおよびアンモニウムから成る超分子クラスターは8コンポーネントとクラスタに限定されているが、さらに、:4アンモニウム及び4カルボキシレート、それは代わりにカルボン酸のホスホン酸を使用して、コンポーネント数をチューニングすることが可能です。ホスホン酸は、2つの酸性プロトンを有し、従って、それらは唯一つの酸性プロトンを有するカルボン酸、より多様な水素結合ネットワークを形成することができるからです。発見し、さらに新しいと機能超分子クラスターの系統的対称の研究では、結晶工学だけでなく、材料科学のエキサイティングな未来をもたらすでしょう。

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
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. Wiley-VCH. (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. RSC Publishing. Cambridge, U.K. (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. Jr 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. Wiley. (2002).
  36. Griffiths, P. R., Delaseth, J. A. Fourier Transform Infrared Spectrometry. 2nd ed, John Wiley & Sons, Inc. (2007).
  37. Stout, G. H., Jensen, L. H. X-Ray Structure Determination: A Practical Guide. Wiley-Interscience. 2nd ed, (1989).
  38. Massa, W. Crystal Structure Determination. Springer. (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. The Woodlands, TX, USA. (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 Crystallographic Data Centre. 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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