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

要約

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.

要約

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。

概要

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。

プロトコル

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 _Kαを単色（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。

結果

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（

ディスカッション

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、...

資料

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