Name: from molecules to materials: engineering new ionic liquid crystals through halogen bonding
Uploaded: 2018-03-24T13:00:00
Duration: 6 min 44 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about From Molecules to Materials: Engineering New Ionic Liquid Crystals Through Halogen Bonding at JoVE.com

Wij erkennen dankbaar steun van de subsidie, ERC-2012-StG_20111012 FOLDHALO (Grant overeenkomst nr. 307108).

Opmerking: Reacties werden uitgevoerd in de oven gedroogd glaswerk onder stikstof atmosfeer. Volg de veiligheidsmaatregelen die zijn beschreven in het veiligheidsinformatieblad van elke chemische stof.
1. synthese van 1-Alkyl-3-methylimidazolium jodide zouten (1-m, Figuur 3)
<ol><li>In een maatkolf van het drie-hals, ronde bodem voorzien van een terugvloeikoeler voorzien van een inlaat van stikstof, een thermometer, een magnetische roeren bar en een verwarming olie bad, los 1.5 g (0,018 mol, 1 equiv) vers gedestilleerd 1-methyl-imidazol en 1.3 equiv voor de 1-iodoalkane (ketenlengte van C2 naar C12) 10 ml acetonitril.</li>
	<li>Verwarm het reactiemengsel aan reflux (75-80 ° C kerntemperatuur) 's nachts onder stikstof atmosfeer en vervolgens het mengsel tot kamertemperatuur afkoelen.</li>
	<li>Verwijder de vluchtige materialen uit het resulterende mengsel onder verlaagde druk bij 50 ° C, met behulp van een hiervoor verdamper. Opmerking: Imidazolium zouten zijn zeer hygroscopisch en zij snel water uit de lucht absorberen. Dus is het aangeraden om hen te slaan in een exsiccator tot gebruik.</li>
</ol>2. synthese van 1-m • 2-n XB complexen
<ol><li>
Procedure 1: van oplossing (alleen voor 1-2 • 2-8 in Figuur 1)
	<ol>
<li>Bereiden van een oplossing van de jodide 1-ethyl-3-methylimidazolium (1-2, MW = 238.07 g/mol) door het oplossen van 50 mg (0.21 mmol, 1 equiv) voor 1-2 in 0,5 mL acetonitril.</li>
		<li>Bereiden van een oplossing van de perfluorooctyl-jodide (2-8, MW = 545.96 g/mol) door het oplossen van 229 mg (0,42 mmol, 2 equiv) voor 2-8 in 0,5 mL acetonitril.</li>
		<li>Meng de twee oplossingen in een flesje en houd de ampul in een pot gevuld met paraffineolie.</li>
		<li>Laat het oplosmiddel diffuse langzaam in de paraffineolie bij kamertemperatuur. Na een periode variërend van 3 tot 7 dagen, werden kwalitatief goede enkele kristallen geschikt voor röntgendiffractie analyse verkregen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Procedure 2: Melt methodologie Opmerking: Deze methode vereist een lucht-verzegeld systeem te verzachten tegen de volatiliteit van de iodoperfluoroalkanes.<ol>
<li>Meng elke 1-alkyl-3-methylimidazolium-jodide (1-m) met de juiste iodoperfluoroalkanes (2- n) in een verhouding 1:2 molair in een flesje helder borosilicaat glas voorzien van een magnetische roeren bar.</li>
		<li>Sluit het flesje en leg het in een oliebad onder krachtig roeren.</li>
		<li>Warmte bij 70 ° C met behulp van een warmhoudplaat voor 15 min en vervolgens het mengsel tot kamertemperatuur afkoelen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 1H en 19F NMR experimenten
Opmerking: 1H NMR en 19F NMR spectra werden geregistreerd bij 25 ° C op een NMR spectrometer die op 499.78 MHz voor 1H en 470.21 MHz voor 19F en het gebruik van CDCl3 als het oplosmiddel. TMS en CFCl3 werden gebruikt als interne standaarden voor het kalibreren van de chemische shifts in 1H NMR en 19F NMR, respectievelijk. Bis-(2,2,2-trifluoroethyl) ether die zowel waterstof en fluor kernen, bevat werd als interne standaard gebruikt voor de vaststelling van de verhouding tussen 1-m en 2- n in de cocrystals.
<ol><li>
Bereiding van het monster voor de NMR spectra van analyse en kalibratie
	<ol>
<li>Los op ongeveer 10 mg elke complexe 1-m • 2-n in 0,5 mL van CDCl3.</li>
		<li>Voeg 1 µL van 2,2,2-trifluoroethyl ether met behulp van een micropipet.</li>
		<li>Vergrendelen van het monster, de verwerving parameters zoals vermeld in tabel 1, en record 1H en 19F NMR opeenvolgende spectra, zonder het verwijderen van de NMR-buis van de magneet, om te kunnen opereren onder dezelfde operationele voorwaarden instellen.</li>
		<li>Kalibreren van de parameters van de integratie zo dat in het Kwartet van 1H NMR spectra de CH2O van bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether (δ = 4.3 ppm) komt overeen met vier, en in de 19F NMR spectra de CF3 triplet (δ = −74.5 ppm) van 2,2,2 - trifluoroethyl ether komt overeen met zes.</li>
		<li>Berekenen van de verhouding van de -CF2-ik signaal gebied die voortvloeien uit 2- n (δ = −61.2 ppm in de 19F NMR spectra) en het -CH3 signaal gebied die voortvloeien uit 1-m (δ ≈ 4.0 ppm in de 1H NMR spectra), met het oog op beoordelen van de verhouding tussen 2- n en 1-m in elk complex.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. bereiding van het monster voor warme fase gepolariseerde optische microscopie (POM)
<ol><li>Bereiden van een dun laagje van het monster door het plaatsen van een spatel tip bedrag van supramoleculaire complexe 1-m• 2- n tussen twee micro cover glazen (18 mm x 18 mm).</li>
	<li>Leg het monster in de hete etappe tussen twee gekruiste polarisatoren, en verwarmen van het monster te smelten.</li>
	<li>Het monster, tot de herhaalde cycli van verwarming/koeling indienen ter bevordering van faseovergangen. Kristallijn en vloeibaar kristallijne fasen interactie met gepolariseerd licht leidt tot helderheid en kleurverloop, terwijl de isotrope fase donkere verschijnt.</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Hebben we gemeld op een gemakkelijke en veelzijdige protocol voor de synthese van XB gefluoreerde ILCs in die mesomorphicity wordt gedreven door de supramoleculaire anionen [CnF2n + 1- I∙∙∙I∙∙∙I-CnF2n + 1]-.
Het is goed vastgesteld dat Ionische vloeistoffen op basis van 1-alkyl-3-methylimidazolium-zouten vloeibaar kristallijn gedrag vertonen kunnen. Echter, ongeacht het anion, geen mesophases werden waargenomen voor verbindingen met alkyl ketens korter dan 12 koolstofatomen. Dus, het meest opvallende aspect van de gerapporteerde materialen is dat het de anisotropie van de XB-anion die de vorming van de mesophase bepaalt. In feite, de strikte geometrische beperkingen van XB opleggen dat de intermoleculaire interactie langs de uitbreiding van de C plaatsvindt-band ik, op de sigma-gat, met hoeken dicht bij 180 °. De anionen jodide fungeren als bidentate XB acceptanten, bindende twee perfluorinated modules die Toon lineaire regeling rond het centrale jodide-anion. Bovendien het feit dat perfluoralkyl ketens stijver dan gelijkwaardige HC ketens zijn, en een gedraaide spiraalvormige structuur als gevolg van afkeer tussen 1,3-verwijderd CF2 groepen9,52 nemen, draagt verder bij aan de generatie van stijf, staafvormige superanions.
Dit is het volkomen eens met de opmerking dat met de iodoperfluorodecane (2-10) complexen Toon overgang temperaturen hoger dan die met de iodoperfluorooctane (2-8), zoals de voormalige meer anisotrope is. Bovendien bepaalt de bekende neiging45,53 van fluoroalkanes te pakken in lamellaire fasen de accumulatie van SmB en SmA fasen.
De superfluorinated ILCs gemeld in dit document tonen voor het eerst de toepassing van de XB in de bouw van ILCs gebaseerd op imidazolium zouten. Dankzij een nauwkeurige supramoleculaire ontwerp op basis van de hoge gerichtheid van de XB en het effect van de fluorophobic, is het mogelijk om te verkrijgen enantiotropic vloeibare kristallen gebaseerd op een rigide, niet-aromatische, XB supramoleculaire synthon als de kern van de mesogenic. Het vloeibaar kristallijn gedrag is onafhankelijk van de lengte van de alkyl-ketens.
De hier gepresenteerde supramoleculaire benadering vertegenwoordigt een aantrekkelijk platform voor het ontwerpen van nieuwe vloeibaar kristallijne materialen en bieden nieuwe kansen voor de ontwikkeling van geavanceerde functionele materialen zoals kamertemperatuur Ionische dirigenten, photoresponsive ILCs en vloeibaar kristallijne elektrolyten voor toepassing in energie apparaten.

Intermoleculaire interacties spelen een zeer belangrijke rol bij de bepaling van de fysische en chemische eigenschappen van stortgoederen. Wanneer een nieuwe interactie wordt beschikbaar, nieuwe structuren, namelijk, opwaardeert nieuwe functies. Daarom kunnen verkennen roman, specifieke niet-covalente interacties ten grondslag liggen aan een intermoleculaire herkenningsproces openen nieuwe perspectieven op verschillende gebieden zoals wetenschappen van de materialen, katalyse, drug design, supramoleculaire chemie en kristal Engineering. Dit was het geval voor de XB die onlangs werd een routine instrument voor controle aggregatie en zelf-assemblage verschijnselen1,2,3,4,5.
Volgens de IUPAC-definitie6: "een halogeen band treedt op wanneer er sprake van een net aantrekkelijke interactie tussen een elektrofiele regio die is gekoppeld aan een halogeen atoom in een moleculaire entiteit en een nucleofiele regio in een ander is of hetzelfde, moleculaire entiteit." Een schematische weergave van de XB wordt gegeven in Figuur 1, waarbij X het elektrofiele halogeen atoom (Lewis zuur, XB donor) en Y is een donor van elektronen dichtheid (Lewis base, XB acceptor).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig1.jpg"> Figuur 1: Schematische weergave van de halogeen obligatie. De elektrofiele halogeen atomen (XB-donoren) zijn covalent gekoppeld aan een grote verscheidenheid van moleculaire steigers (R), terwijl de XB-acceptoren (Y) neutraal of anionogene soorten kunnen. Dit cijfer is van referentie2herdrukt. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
Op het eerste gezicht lijkt het misschien dat deze definitie enigszins raadselachtige aspecten, pakt aangezien halogeen atomen, vanwege hun hoge elektronegativiteit, worden doorgaans beschouwd als sites van hoge elektronen dichtheid. Echter het gedrag van halogeen atomen als elektrofielen is heel algemeen en heeft zijn elegant gerationaliseerd door Politzer et al. met de introductie van het concept "σ-hole"7.
Wanneer een halogeen atoom bij een covalente binding betrokken is, een elektron herverdeling vindt plaats en de elektronische dichtheid wordt anisotrope8,9,10,11. De vorm van het Atoom wordt oblate en een regio van positieve elektrostatische mogelijkheden (de zogenaamde σ-gat) ontwikkelt langs de uitbreiding van de covalente binding, op de buitenste oppervlak van het halogeen atoom (figuur 2A). Deze positieve regio is omgeven door een gordel van negatieve elektrostatische potentieel, loodrecht op de covalente binding. Dit model lijkt op te lossen van de "enigma" van de XB aangezien het verklaart het patroon van de niet-covalente interactie van halogeen covalent gebonden atomen en de bijbehorende directionele voorkeuren zijn, dwz., lineaire interacties met nucleofiel en laterale interacties met elektrofielen.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig2.jpg"> Figuur 2: anisotrope verdeling van elektronen dichtheid rond halogeen atomen. (A) Schematische weergave van een anisotrope verdeling van de elektronen dichtheid rond covalent gebonden halogeen atomen en het patroon van de resulterende interacties. (B) moleculaire elektrostatische potentieel kaarten aan het oppervlak van de isodensity met 0.001 au voor CF4, CF3Cl, CF3Br en CF3I. kleur varieert: rode, groter dan 27 kcal/mol; geel, tussen 20 en 14 kcal/mol; groen, tussen 12 en 6 kcal/mol; blauw, negatief. Dit cijfer is gewijzigd van referentie2. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
XB is snel gegroeid van een wetenschappelijk curiosum tot één van de meest interessante noncovalent interacties in het ontwerpen van functionele supramoleculaire materialen12,13,14,15,16 , dankzij haar unieke eigenschappen, dat wil zeggen, hoge directionaliteit afstembare interactie sterkte, hydrophobicity en donor atoom afmetingen1. De hoge gerichtheid van XB gemakkelijk te begrijpen door te overwegen de gerichte aard van de σ-gat, terwijl de sterkte van het interactie vaak met de omvang van de σ-gat correleert. Zowel de grootte (het ruimtelijk bereik) en de omvang (de waarde van de maximale elektrostatische potentiële VS, max) van de σ-gat worden beïnvloed door de polarizability en de elektronegativiteit van het halogeen atoom en de mogelijkheid van intrekking van de elektron van de substituenten in de buurt van de halogeen17 (figuur 2B). Als een algemene trend, zoals het halogeen atoom meer polarizable wordt en de substituenten op de molecule meer elektron-intrekking worden, wordt de halogeen σ-gat positiever. Dus, voor een gegeven R, VS, max stijgt in de volgorde F < Cl S, max positiever wanneer de mogelijkheid van intrekking van de elektron van R wordt verhoogd. Daarom, haloperfluorocarbons, specifiek Jood-perfluoroalkanes en arenes, kan fungeren als krachtige XB-donoren, met name sterke wisselwerking18,19,20 te vormen en met name hydrofobe adducten.
Een geval van PFC-HC zelf-assemblage te geven cocrystals is gemeld in de late jaren 199021. Bij het mengen van mengsel bedragen van 1,2-diiodotetrafluoroethane en N,N,N',N'- tetramethyl-ethyleendiamine in chloroform, een supramoleculaire complex werd geïsoleerd als witte kristallen stabiel in de lucht bij kamertemperatuur. Één crystal x-stralen analyse bleek dat de twee componenten alternatieve in een oneindige keten van 1-dimensioneel (1D) en de interactie tussen de stikstof- en jodium-atomen is grotendeels verantwoordelijk voor het bijhouden van de perfluorinated bis-jodide in plaats. Dit bleek dat de stikstof-jodium XB interactie sterk genoeg is om het overwinnen van de lage affiniteit bestaat tussen PFC en HC verbindingen en stelde dat XB met succes kan worden misbruikt als een gemakkelijke route om gefluoreerde wordt in een nieuw Supramoleculaire materialen22,23,24, met inbegrip van vloeibaar kristallijne materialen.
Gefluoreerde substituenten, in feite, hebben met succes opgenomen in vloeibaar kristallijne moleculen vanwege de uitstekende stabiliteit die wordt aangeboden door de C-F-band, alsmede de geringe omvang en de lage polarizability van het fluor-atoom, die aanleiding geven tot zeer lage dispersie van Intermoleculaire interacties25,26,27. Bovendien de segregatie tussen PFC en HC ketens toegestaan controle over supramoleculaire vloeistof-kristallijne fasen, versterking van het smectic karakter van een mesomorphic materiële28,29,30. Over het algemeen wordt ervan uitgegaan dat zowel de fysisch/chemische eigenschappen en de mesomorphism zijn sterk beïnvloed door de moleculaire het platform29,31. Dus, een geschikte moleculaire opzet is essentieel voor het genereren van nieuwe supramoleculaire vloeibare kristallen met op maat gemaakte eigenschappen. De fundamentele motief van deze zachte materialen ligt in een vrij rigide, staafvormige deel gekoppeld aan één of twee flexibele alifatische ketens32,33,34. De conventioneel ontwerp van mesomorphic stoffen werd voornamelijk uitgevoerd met neutrale soorten maar studies hebben aangetoond dat ook Ionische paren een mesomorphic gedrag vertonen kunnen, opbrengst van materialen met eigenschappen op het raakvlak tussen Ionische vloeistoffen en vloeibaar kristallen35,36,,37.
Gezien de recente resultaten van de rekening op XB vloeibare kristallen24,38,39, en de specifieke vermogen van anionen om op te treden als XB-acceptoren, leek het vooral interessant voor het benutten van deze niet-covalente interactie in het ontwerpen van nieuwe soorten ILCs.
1-alkyl-3-methylimidazolium jodiden (1-m) van verschillende-ketenlengte, die bekend staan als ionische vloeistoffen40, werden gebruikt voor de synthese van de complexen (Figuur 3)41,42. Opmerking dat slechts 1-12, rekening houdend met een C12 alkylketen, vertoont vloeibare kristalliniteit met smectic Sm A fase (crystal (Cr) tot SmA overgang temperatuur = 27 ° C; SM A bij isotrope vloeistof (ISO) overgang temperatuur = 80 ° C; CR • 27 • SmA • 80 • Iso)43. Imidazolium zouten waren reageerde met iodoperfluorooctane (2-8) en iodoperfluorodecane (2-10), die bekende XB-donoren44,45.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig3.jpg"> Figuur 3: synthetische regeling. Chemische formules van het starten van de Ionische vloeistoffen (1-m), iodoperfluoroalkanes (2- n), en gerelateerde XB-complexen 1-m•2-n. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
De anionen jodide worden verwacht om deel te nemen gemakkelijk als XB-accepteerder in de vorming van supramoleculaire structuren met haloperfluoroalkanes44. Toch blijft het uitdagend om te anticiperen op het aantal en de topologie van de gecoördineerde XB-donor-soorten. In feite, meestal halogenide anionen zijn betrokken bij twee of drie XBs46,47,48, maar hogere coördinatiegetallen werden ook waargenomen49,50.
Hierin beschrijven we een procedure voor het verkrijgen van zeer gefluoreerde XB ILCs en een gedetailleerde procedure voor de identificatie en karakterisering van het vóórkomen van XB. De volgorde van de analyse hier gemeld en gebruikt om te identificeren van de XB kan worden beschouwd als een algemene procedure en kan worden toegepast op de karakterisering van elk soort XB systeem.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="819">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">1-Methyl-imidazole&#160;</td>
			<td style="width:167px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">M50834-500G</td>
			<td style="width:299px;">liquid reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1-Iodoethane</td>
			<td style="width:167px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">I7780-100G</td>
			<td>liquid reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1-Iodobutane</td>
			<td style="width:167px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">167304-100G</td>
			<td>liquid reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1-Iodohexane</td>
			<td style="width:167px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">238287-100G</td>
			<td>liquid reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1-Iodooctane</td>
			<td style="width:167px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">238295-25G</td>
			<td>liquid reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1-Iododecane</td>
			<td style="width:167px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">238252-100G</td>
			<td>liquid reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1-Iodododecane</td>
			<td style="width:167px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">238260-100G</td>
			<td>liquid reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Acetonitrile</td>
			<td style="width:167px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">271004-1L</td>
			<td>organic solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Perfluorooctyl iodide&#160;</td>
			<td>Apollo Scientific</td>
			<td style="width:139px;">PC6170</td>
			<td>fluorinated reagent/halogen-bond donor&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Perfluorodecyl iodide</td>
			<td>Apollo Scientific</td>
			<td style="width:139px;">PC5970</td>
			<td>fluorinated reagent/halogen-bond donor&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether&#160;</td>
			<td style="width:167px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">287571-5G</td>
			<td>Internal standard for NMR</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Chloroform-d</td>
			<td style="width:167px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">151823-100G</td>
			<td>Solvent for NMR</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

from molecules to materials: engineering new ionic liquid crystals through halogen bonding

Hierin tonen wij aan dat een bottom-up-benadering op basis van halogeen (XB), verlijmen met succes kan worden toegepast voor het ontwerp van een nieuw type van Ionische vloeibare kristallen (ILCs). De voordelen van het nemen van de hoge specificiteit van XB voor haloperfluorocarbons en de slagvaardigheid van de anionen als XB-acceptoren, verkregen we supramoleculaire complexen op basis van 1-alkyl-3-methylimidazolium jodiden en iodoperfluorocarbons, het overwinnen van de bekende immiscibility à perfluorkoolstoffen (PFK's) en koolwaterstoffen (HCs). De hoge gerichtheid van de XB gecombineerd met het fluorophobic effect, konden we verkrijgen enantiotropic vloeibare kristallen waar een rigide, niet-aromatische, XB supramoleculaire anion fungeert als mesogenic kern.
X-Ray structuuranalyse van het complex tussen 1-ethyl-3-methylimidazolium jodide en iodoperfluorooctane toonde de aanwezigheid van een gelaagde structuur, die een manifestatie van de bekende neiging om de segregatie van perfluoralkyl ketens is. Dit komt overeen met de observatie van smectic mesophases. Bovendien, alle de gerapporteerde complexen smelten onder 100 ° C, en de meeste zijn mesomorphic zelfs bij kamertemperatuur, ondanks dat de grondstoffen zijn niet-mesomorphic in de natuur.
De supramoleculaire strategie gemeld hier voorziet nieuwe ontwerpprincipes in mesogen ontwerp waardoor een volledig nieuwe klasse van functionele materialen.

Differentiële scanning calorimetrie (DSC), POM, Thermogravimetrische analyse (TGA), alsmede 1H en 19F NMR werden gebruikt voor het karakteriseren van de verkregen complexen. De enkele kristallen van de goede kwaliteit van 1-2•2-8 werden verkregen uit een oplossing van 1:2 van de startende componenten in acetonitril door langzame verdamping van het oplosmiddel bij kamertemperatuur.
DSC analyses op mengsels van 1-2 en 2-8 met verschillende stoichiometrische verhoudingen, konden we afleiden dat de stoichiometrie van de juiste coördinatie tussen het zout van de imidazolium en de iodoperfluoroalkane 1:2 is. In feite, blijkt de DSC-thermogram van de 1:1-complex in figuur 4A de aanwezigheid van de uncomplexed imidazolium zout 1-2 (piek op 57 ° C), terwijl in de 1:3 complex is er een overtollige pure 2-8 (smeltpunt 24 ° C). Aan de andere kant, toont de thermogram van de complexe 1:2 een één piek verschillen van die van de startende stoffen, aan te tonen dat een nieuwe pure kristallijne soort ontstond.
TGA analyses bevestigd dit resultaat. In feite, alleen bij het mengen van 1-12 en 2-10 in 1:2-verhouding, werd een homogene steekproef verkregen, die vrijgegeven kwantitatief de gefluoreerde bouwsteen bij een temperatuur hoger dan de uncomplexed iodoperfluorodecane (figuur 5A en 5B).
19 F NMR is toegepast als een eenvoudige, doeltreffende, en de vorming van XB gedetecteerd met gevoelige tool adducten. De XB tussen de jodium elektron tekort van de iodoperfluoroalkanes en de I- anion sterke invloed op de signalen van de -CF2-ik groeperen (δ = −60, 0 ppm) en geeft aanleiding tot detecteerbare polja verschuivingen van de 19F NMR resonanties. Een Δδ-waarde van 1.2 ppm werd gemeten voor complexe 1-2•2-8, bevestiging van de aanwezigheid van aantrekkelijke noncovalent interacties halogeen atomen als elektrofiele soorten (Figuur 6). Bovendien, door het opnemen van opeenvolgende 1H en 19F NMR analyses in aanwezigheid van 2,2,2-trifluoroethyl ether als de interne standaard voor Signaalintegratie, het 1:2 stoichiometrie tussen de donor en XB-acceptor modules is verdere bevestigd.
Single crystal x-stralen analyse van 1-2•2-8 bevestigd dat de XB de vorming van een trimeric supramoleculaire complex waar het jodide-anion fungeert als een bidentate XB-acceptor drijft, bindende twee gefluoreerde kettingen. De I··· Ik- afstanden zijn bijna hetzelfde [3.4582(9) Å en 3.4625(10) Å] en ruwweg corresponderen met 27% ten opzichte van de som van de vdW en Pauling stralen van het jodium atoom en jodide-anion, respectievelijk51te verkorten. De hoge gerichtheid van XB wordt bevestigd door de C-I··· Ik- 174.1(1) ° en 175.4(2) °, respectievelijk(figuur 7A). Twee even bevolkte conformaties worden geobserveerd voor het imidazolium caties, die liggen ongeveer op hetzelfde vlak en zijn gerelateerd door een niet-kristallografische dubbele as. Figuur 7B toont de scheiding tussen de Ionische en neutrale delen, alsmede tussen de HC en PFC kettingen, binnen het kristal (wanorde verwijderd).
DSC en POM studies bleek dat alle complexen bij temperaturen van minder dan 100 ° C (figuur 8A), als typisch voor Ionische vloeistoffen gesmolten. Bovendien tonen ze allemaal een enantiotropic vloeibaar kristallijn gedrag, sommige bij kamertemperatuur, met SmB en SmA fasen (figuur 8A). Op de koeling, werd de SmA-SmB overgang aangeduid met de karakteristieke strepen over de rug van de fans (figuur 8B, links). De strepen op het koellichaam verdwenen verder onder de overgang.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig4.jpg"> Figuur 4: Differentiële Scanning Calorimetrie. DSC thermograms van monsters voorbereid door het mengen van 1-2 en 2-8 in verschillende stoichiometrische verhoudingen: 1:3 monster (boven), 1:2 monster (mid), en 1:1 monster (onder). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig5.jpg"> Figuur 5:thermische analyse. DSC verwarming/koeling cycli (A) en TGA analyse, (B) op een monster dat is bereid door het mengen van 1-12 en 2-10 in een molaire verhouding van 1:2. Dit cijfer is gewijzigd van referentie37. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig6.jpg"> Figuur 6 : 19 F NMR analyse. 19 F NMR spectra in CDCl,3 2-8 (boven) en gerelateerde halogeen-gebonden complexe 1-2•2-8 (onder). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig7.jpg"> Figuur 7 : Één crystal analyse X-ray. (A) de asymmetrische eenheid van het complex 1-2•2-8 waaruit de vorming van een trimeric superanion waar twee gefluoreerde kettingen zijn gebonden aan de centrale I- -anion (een enkele conformer van de wanordelijke catie is gemeld); (B) de imidazolium zout 1-2 en de iodoperfluorooctane 2-8 scheiden langs de kristallografische b-as; (C) kant bekijken tonen Ionische en fluorkoolstof gebieden van de structuur. Kleurmarkering: grijs, koolstof; blauw, stikstof; magenta, jodium; groen, fluor; wit, waterstof. Halogeen obligaties afgebeeld als lichtgrijze lijnen. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig7large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig8.jpg"> Figuur 8 : Optische microscopie gepolariseerd. (A) Grafiek van thethermal overgangen van halogeen-gebonden complexen 1-m•2- n gemeten door hot-fase POM (blauw is solide, rode SmB en oranje is SmA fasen). (B) optische texturen van de fasen van de smectic in acht genomen voor 1-12•2-10 op koeling met behulp van de isotrope staat. Links: SmB fase bij 77 ° C; Rechts: SmA fase bij 83 ° C. Schaal bar: 100 µm. Dit cijfer is gewijzigd van referentie37. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig8large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>Spectrale breedte (KHz)</td>
			<td>Scans nummer</td>
			<td>Pulse vertraging (s)</td>
		</tr>
<tr>
<td>1 H</td>
			<td>7</td>
			<td>16</td>
			<td>1</td>
		</tr>
<tr>
<td>19 F</td>
			<td>95</td>
			<td>16</td>
			<td>1</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabel 1: overname parameters voor 1 H en 19 F NMR experimenten

Watch this Scientific Journal Video about From Molecules to Materials: Engineering New Ionic Liquid Crystals Through Halogen Bonding at JoVE.com

From Molecules to Materials: Engineering New Ionic Liquid Crystals Through Halogen Bonding

Een protocol voor de synthese van een nieuw soort mesogens, gebaseerd op de halogeen-gebonden supramoleculaire anion [CnF2n + 1-I··· I··· -CnF2n + 1]−, wordt gerapporteerd.

Van moleculen tot materialen: Engineering van nieuwe Ionische vloeibare kristallen door middel van halogeen Bonding

Herein, we demonstrate that a bottom-up approach, based on halogen bonding (XB), can be successfully applied for the design of a new type of ionic liquid ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Periodic Properties of the Elements

SCIENTISTS IN ACTION

Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle ...

Diffuse Reflectance Infrared Spectroscopic Identification of Dispersant/Particle Bonding Mechanisms in Functional Inks

Diffuse reflectie infrarood spectroscopische Identificatie van Dispergeermiddel / Particle Bonding Mechanismen in Functional Inks

In additive manufacturing, or 3D printing, material is deposited drop by drop, to create micron to macroscale layers.  A typical inkjet ink is a colloidal ...

Highly Stereoselective Synthesis of 1,6-Ketoesters Mediated by Ionic Liquids: A Three-component Reaction Enabling Rapid Access to a New Class of Low Molecular Weight Gelators

Zeer Stereoselectieve Synthese van 1,6-ketoesters gemedieerd door ionische vloeistoffen: Een drie-componenten reactie Enabling snelle toegang tot een nieuwe klasse met een laag molecuulgewicht Gelators

In organic chemistry ionic liquids (ILs) have emerged as safe and recyclable reaction solvents. In the presence of a base ILs can be deprotonated to form ...

From Constructs to Crystals &#8211; Towards Structure Determination of &#946;-barrel Outer Membrane Proteins

From Constructs to Crystals ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã¢â‚¬Å“ Towards Structure Determination of ÃƒÅ½Ã‚Â²-barrel Outer Membrane Proteins

Van Constructen naar Crystals - Naar Structuur Bepaling van β-barrel Outer Membrane Proteins

Membrane proteins serve important functions in cells such as nutrient transport, motility, signaling, survival and virulence, yet constitute only ~1% ...

Synthesis and Exfoliation of Discotic Zirconium Phosphates to Obtain Colloidal Liquid Crystals

Synthese en afschilfering van discotische zirkonium Fosfaten om colloïdale vloeibare kristallen te verkrijgen

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and ...

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

Karakterisering van elektronentransport via levende Biofilms

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under ...

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

Het effect van interfaciale chemische binding in TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; Composieten op hun fotokatalytische NOx Abatement Performance

The chemical bonding of particulate photocatalysts to supporting material surfaces is of great importance in engineering more efficient and practical ...

Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique

Bepaling van de thermodynamische eigenschappen van metalen legeringen Alkaline Earth-vloeistof met behulp van de elektromotorische kracht techniek

A novel electrochemical cell based on a CaF2 solid-state electrolyte has been developed to measure the electromotive force (emf) of binary alkaline ...

Elemental-sensitive Detection of the Chemistry in Batteries through Soft X-ray Absorption Spectroscopy and Resonant Inelastic X-ray Scattering

Elemental-gevoelige detectie van de chemie in batterijen door zachte X-ray Absorptie spectroscopie en Resonant inelastisch X-ray Scattering

Energy storage has become more and more a limiting factor of today's sustainable energy applications, including electric vehicles and green electric grid ...

Novel Techniques for Observing Structural Dynamics of Photoresponsive Liquid Crystals

Nieuwe technieken voor het observeren van structurele dynamica van Photoresponsive vloeibare kristallen

We discuss in this article the experimental measurements of the molecules in liquid crystal (LC) phase using the time-resolved infrared (IR) vibrational ...