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

אנו להכיר בהכרת תודה תמיכה של המענק, ERC-2012-StG_20111012 FOLDHALO (גרנט הסכם מס 307108).

הערה: תגובות בוצעו ב מיובש בתנור כלי זכוכית תחת חנקן אווירה. אנא עקוב אחר אמצעי הזהירות תיאר את MSDS של כל חומר כימי.
1. סינתזה של מלחי יודיד 1-אלקיל-3-methylimidazolium (1-m, איור 3)
<ol><li>בבקבוקון צוואר שלוש, עגול עם תחתית מצויד הקבל ריפלוקס מצויד עם כניסת חנקן, מד חום, בר מלהיב מגנטי, וכן של נפט לחימום אמבטיה, להמיס 1.5 גר' (מול 0.018, 1 equiv) טרי מזוקקים 1-מתיל-imidazole ו- 1.3 equiv של 1-iodoalkane (שרשרת באורך מ C2 כדי C12) ב- 10 מ"ל של acetonitrile.</li>
	<li>מחממים את התערובת תגובת ריפלוקס (הטמפרטורה הפנימית של 75-80 מעלות צלזיוס) למשך הלילה תחת חנקן אווירה, ואז צנני את התערובת עד לטמפרטורת החדר.</li>
	<li>הסר חומרים נדיפים התערובת המתקבלת תחת לחץ מופחת ב 50 מעלות צלזיוס, שימוש של המאייד על כל ההזמנות. הערה: מלחי Imidazolium מאוד היגרוסקופי, במהירות שהם סופגים מים מן האוויר. לפיכך, מומלץ לאחסן אותם desiccator עד השימוש.</li>
</ol>2. סינתזה של מתחמי 2-n XB • 1-m
<ol><li>
נוהל 1: מהפתרון (רק עבור 1-2 • 2-8 באיור1)
	<ol>
<li>להכין פתרון של יודיד 1-אתיל-3-methylimidazolium (1-2, MW = g 238.07/mol) על ידי המסת 50 מ"ג (0.21 mmol, 1 equiv) 1-2 ב- 0.5 מ של acetonitrile.</li>
		<li>להכין פתרון של יודיד perfluorooctyl (2-8, MW = g 545.96/mol) על ידי המסת מ"ג 229 (0.42 mmol, 2 equiv) של 2-8 ב- 0.5 מ של acetonitrile.</li>
		<li>לערבב את שני פתרונות בבקבוקון ולשמור את המבחנה בתוך צנצנת מלאה בשמן פרפין.</li>
		<li>תן הממס לפזר באיטיות בשמן פרפין בטמפרטורת החדר. לאחר פרק זמן הנע בין 3 ל 7 ימים, התקבלו באיכות טובה בודד קריסטלים מתאימים לניתוח קרני רנטגן.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
נוהל 2: להמיס מתודולוגיה הערה: מתודולוגיה זו דורשת מערכת אוויר אטום כדי להמתיק נגד התנודתיות של iodoperfluoroalkanes.<ol>
<li>לערבב כל יודיד 1-אלקיל-3-methylimidazolium (1-m) עם iodoperfluoroalkanes המתאים (2- n) על יחס 1:2 טוחנת בתוך בקבוקון זכוכית בורוסיליקט ברור מצויד עם בר מלהיב מגנטי.</li>
		<li>סוגרים את הצנצנת והכניס אותו לתוך אמבט שמן תחת בחישה נמרצת.</li>
		<li>מחממים ב 70 ° C באמצעות צלחת חמה למשך 15 דקות ואז צנני את התערובת עד לטמפרטורת החדר.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 1H ו- 19F NMR ניסויים
הערה: 1H NMR ו- 19ספקטרום F NMR נרשמו 25 ° c-ספקטרומטר NMR פועלים ב 499.78 מגה-הרץ עבור 1H ו 470.21 מגה-הרץ עבור 19F, ושימוש CDCl3 כמו הממס. TMS ו- CFCl3 שימשו סטנדרטים פנימיים עבור כיול כימי במאזן 1H NMR ו- 19F NMR, בהתאמה. האתר Bis-(2,2,2-trifluoroethyl) מכיל פלואור ומימן גרעינים, שימש תקן פנימי להקמת היחס בין 1-m ו- 2- n ב- cocrystals.
<ol><li>
הכנת המדגם לצורך כיול ניתוח, ספקטרום NMR
	<ol>
<li>להמיס כ 10 מ ג כל מורכבות • 1-m 2-n ב- 0.5 מ של CDCl3.</li>
		<li>להוסיף 1 µL של האתר 2,2,2-trifluoroethyl שימוש של micropipette.</li>
		<li>לנעול את הדגימה, להגדיר את הפרמטרים הרכישה כפי שדווח ב טבלה 1, ואת רשומה 1H ו- 19F NMR ספקטרה רצופים, מבלי להסיר את הצינור NMR של המגנט, כדי לפעול בתנאים הפעלה זהה.</li>
		<li>לכייל את הפרמטרים שילוב כל כך כי הקוורטט2O 1ספקטרום CH H NMR של האתר bis(2,2,2-trifluoroethyl) (אלפא = 4.3 ppm) מתאים ל-4, ובשנת ספקטרום F NMR 19שלישיה3 של CF (אלפא = −74.5 ppm) של 2,2,2 - trifluoroethyl אתר מקביל שש.</li>
		<li>לחשב את היחס שבין ה -CF2-שאסמן אזור הנובעות 2- n (אלפא = −61.2 ppm ב ספקטרום F NMR 19) לבין אזור אות3 -CH הנובעות 1-m (אלפא ≈ ppm 4.0 ב ספקטרום H NMR 1), על מנת להעריך את היחס בין 2- n ל- 1-m בכל מתחם.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. הכנת המדגם בימתי חם מקוטב מיקרוסקופ אופטי (POM)
<ol><li>להכין שכבה דקה של המדגם על ידי הנחת כמות עצה מרית מורכבות סופרא מולקולרית 1-m• 2- n בין שתי כוסות כיסוי מיקרו (18 מ מ x 18 מ"מ).</li>
	<li>למקם את הדגימה בשלב חם בין שני polarizers מצטלבים, וחום המדגם להימס.</li>
	<li>להגיש את הדגימה כדי מחזורים חימום וקירור חוזרים ונשנים על מנת לקדם את מעברי פאזה. שלבים גבישי גבישי, נוזלי לקיים אינטראקציה עם אור מקוטב שמוביל בהירות, צבע, ואילו השלב איזוטרופיות יופיע כהה.</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

אנחנו מדווחים על פרוטוקול קל ופסיביות לסינתזה של XB fluorinated ILCs בו mesomorphicity הוא מונע על ידי אניונים סופרא מולקולרית [CnF2n + 1- I∙∙∙I∙∙∙I-CnF2n +1]–.
. זה מבוססת היטב כי נוזלים יוניים מבוסס ב מלחי 1-אלקיל-3-methylimidazolium יכול שהפגינו התנהגות גבישי נוזלי. עם זאת, לא משנה אניון, mesophases לא נצפו עבור תרכובות עם שרשראות אלקיל נמוך יותר 12 אטומי פחמן. לכן, ההיבט הבולט ביותר של החומרים המדווחת היא שזה. בנוגע למקורו אניון XB הקובע את היווצרות mesophase. למעשה, האילוצים גיאומטרי קפדנית של XB לכפות כי האינטראקציה הבין-מולקולרי מתרחשת לאורך הסיומת של C-למקטן אל החור סיגמא, עם זוויות קרוב 180 °. אניונים יודיד לשמש bidentate XB acceptors, מחייב שני מודולים perfluorinated המציגים סידור בשכבות מסביב יודיד למרכז אניון. יתר על כן, העובדה כי perfluoroalkyl שרשראות הן נוקשה מאשר שרשראות HC המקביל, לאמץ מבנה הסליל מעוותים עקב דחיה בין 1, 3-מסולק CF2 קבוצות9,52, תורמת הדור של superanions נוקשה, כמו רוד.
זה לגמרי מסכים עם התצפית כי מכלולי המכיל את iodoperfluorodecane (2-10) להראות מעבר טמפרטורות גבוהות מאלו המכילים את iodoperfluorooctane (2-8) כמו שהראשון הוא יותר אנאיזוטרופי. יתר על כן,45,נטייה ידועה53 של fluoroalkanes לארוז לשלבים מחליפי קובע את הקניית SmB ו SmA שלבים.
Superfluorinated ILCs דיווח בעיתון הזה להדגים בפעם הראשונה היישום של XB בבנייה של ILCs מבוסס על מלחים imidazolium. בזכות עיצוב סופרא מולקולרית מדויקת המבוססת על הכיוון גבוהה ושל XB את האפקט fluorophobic, זה אפשרי להשיג גביש נוזלי enantiotropic בהתבסס על נוקשה, הלא-ארומטי, XB סופרא מולקולרית synthon כמו הליבה mesogenic. ההתנהגות גבישי נוזלי הוא עצמאי האורך של הרשתות אלקיל.
הגישה סופרא מולקולרית המובאת כאן מייצג פלטפורמה מושכת על עיצוב האתר של חומרים חדשים גבישי נוזלי, מספקים הזדמנויות חדשות לפיתוח חומרים פונקציונליים מתוחכמים כגון בטמפרטורת החדר יוניים photoresponsive ILCs, מנצחים וסולנים אלקטרוליטים גבישי נוזלי ליישום ב'התקנים אנרגיה.

האינטראקציות הבין-מולקולרי תפקיד חשוב מאוד בקביעת תכונות פיסיקליות וכימיות של חומרי תפזורת. אינטרקציה חדשה הופך זמין, חדש מבנים, כלומר, פונקציות חדשות, הופכות לזמינות. לכן, לחקור את הרומן, ספציפית אינטראקציות אי-קוולנטיות שבבסיס תהליך זיהוי הבין-מולקולרי מותר לפתוח אופקים חדשים בתחומים שונים כגון מדעי החומרים, זרז, תכנון תרופות, כימיה סופרא מולקולרית, קריסטל הנדסה. זה היה המקרה XB שהפך לאחרונה שגרתית כלי השליטה צבירת הרכבה עצמית תופעות1,2,3,4,5.
על פי ההגדרה סיסטמטי6: "קשר הלוגן מתרחשת כאשר יש עדות האינטראקציה אטרקטיבי נטו בין אזור electrophilic הקשורים אטום הלוגן בישות מולקולרית אזור נוקלאופילי בדרך אחרת, או אותו דבר, ישות מולקולרי." ייצוג סכמטי של XB ניתנת איור 1, שבו X הוא אטום הלוגן electrophilic (לואיס תורם XB חומצה) ו- Y הוא תורם של צפיפות אלקטרונים (לואיס מקבל XB בבסיס).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig1.jpg"> איור 1: ייצוג סכמטי של הקשר הלוגן. האטומים הלוגן electrophilic (XB-תורמים) מקושרים covalently מגוון רחב של פיגומים מולקולרית (R), בעוד XB-acceptors (Y) יכול להיות נייטרלי או anionic מין. איור זה יש הודפס שוב הפניה2. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
במבט ראשון זה אולי נראה כי הגדרה זו מתמודד היבטים תמוה במקצת, מאז הלוגן אטומים, בגלל אלקטרושליליות גבוהה שלהם, בדרך כלל נחשבים לאתרים של צפיפות אלקטרונים גבוהה. עם זאת, התנהגות האטומים הלוגן כמו electrophiles הוא די כללי, יש כבר התהילה באלגנטיות על ידי פוליצר. ואח עם כניסתה של המושג "σ-בור"7.
כאשר אטום הלוגן מעורב של קשר קוולנטי, מתרחשת חלוקה מחדש אלקטרון והופך צפיפות אלקטרונית אניסוטרופי8,9,10,11. הופכת את הצורה של האטום, גולגלת ומפתחת אזור של פוטנציאל חיובי אלקטרוסטטית (מה שנקרא σ-חור) לאורך ההרחבה של קשר קוולנטי, על פני השטח החיצוני של אטום הלוגן (איור 2 א). אזור חיובי זה מוקף על ידי חגורה שלילית פוטנציאלית אלקטרוסטטית, אורתוגונלית קשר קוולנטי. מודל זה נראה לפתור "החידה" של XB מאז זה מסביר את התבנית אינטראקציה קשרי ערכיות של הלוגן בונדד covalently אטומים ההעדפות כיוונים הקשורים, כלומר., אינטראקציות ליניארי עם נוקלאופילים עם, לרוחב יחסי-גומלין עם electrophiles.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig2.jpg"> איור 2: אניסוטרופי חלוקת צפיפות אלקטרונים סביב אטומי הלוגן. (א) ייצוג סכמטי של ההתפלגות אניסוטרופי של צפיפות אלקטרונים סביב covalently מאוגדים הלוגן אטומים והתבנית של אינטראקציות וכתוצאה מכך. (ב) מפות פוטנציאל אלקטרוסטטית מולקולרית על פני השטח isodensity עם 0.001 au עבור CF4, CF3קלרנית, CF3Br ו CF3צבע אני נע: אדום, גדול מקק ל 27/mol; צהוב, בין 20 ל 14 קק ל/mol; ירוק, בין 12 ו-6 קק ל/mol; . כחול, שלילי. דמות זו שונתה אסמכתא2. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
XB גדל במהירות מתוך סקרנות מדעית לאחד האינטראקציות noncovalent המעניינים ביותר בעיצוב פונקציונלי חומרים סופרא מולקולרית12,13,14,15,16 , בזכות תכונות ייחודיות, קרי, גבוהה כיוון, האינטראקציה tunable, hydrophobicity, ועוצמתה התורם אטום מידות1. . הכיוון גבוהה של XB ניתן להבין בקלות על ידי בהתחשב באופיין ממוקד σ-חור, ואילו עוצמת האינטראקציה מופיע לעתים קרובות סדר הגודל של σ-חור. הגודל (טווח המרחבי) והן את סדר הגודל (הערך של מרבית אלקטרוסטטית פוטנציאליים VS, מקסימום) σ-חור מושפעות על ידי פולריזביליות ו אלקטרושליליות של האטום הלוגן ויכולת פורש-אלקטרון של substituents בשכונת ה הלוגן17 (איור 2B). כמו מגמה כללית, אטום הלוגן הופכת polarizable יותר ולהפוך substituents על המולקולה יותר אלקטרונים-פורש, הלוגן σ-חור הופך להיות חיובי יותר. לכן, עבור a R נתון, VS, מקסימום מגביר לפי סדר F < Cl S, מקסימום הופך חיובי יותר, כאשר היכולת אלקטרון-נסיגה של R הוא גדל. לכן, haloperfluorocarbons, במיוחד iodo-perfluoroalkanes ו- arenes, שתוכל לשמש חזקה XB-תורמים ויוצרים במיוחד אינטראקציות חזקה18,19,20 , במיוחד הידרופובי adducts.
במקרה של טוראי ראשון-HC הרכבה עצמית לתת cocrystals דווח את שנות ה-90 המאוחרות21. על ערבוב כמויות equimolar של 1, 2-diiodotetrafluoroethane ו- N,N,N',N'- tetramethyl-ethylenediamine ב כלורופורם, מתחם סופרא מולקולרית היה מבודד כאל גבישים לבנים יציב באוויר בטמפרטורת החדר. ניתוח רנטגן קריסטל אחד גילה כי שני מרכיביה חלופי שרשרת אינסופית 1-מימדי (1 ד), את האינטראקציה בין האטומים חנקן ויוד הוא אחראי במידה רבה שמירה יודיד-bis את perfluorinated במקום. זה הוכיח כי האינטראקציה XB חנקן-יוד חזק מספיק כדי להתגבר על זיקה נמוכה קיימת בין תרכובות PFC, HC והציע כי XB יכול להיות לעצל דרך קלה להציג fluorinated moieties לתוך כל חדש חומרים סופרא מולקולרית22,23,24, כולל חומרים גבישי נוזלי.
Fluorinated substituents, למעשה, בהצלחה שולב מולקולות גבישי נוזלי בגלל היציבות מעולה זה מוצע על ידי הקשר C-F וכן גודלו הקטן, את פולריזביליות נמוכה של האטום פלואור, אשר נותן לעלות פיזור הבין-מולקולרי נמוך מאוד אינטראקציות25,26,27. יתר על כן ההפרדה בין רשתות PFC HC מותר שליטה על שלבים נוזלי-גבישי סופרא מולקולרית, שיפור את האופי smectic של בשר ודם, עוברי גשמי28,29,30. בדרך כלל מובן כי המאפיינים פיזיקלית/כימית והן את mesomorphism בחום הושפעו29,מולקולרית אדריכלות31. לפיכך, עיצוב מולקולרית המתאים חיוני ליצירת גבישים נוזליים סופרא מולקולרית חדשים עם מאפיינים מותאמים אישית. המוטיב הבסיסי של חומרים רכים אלה טמון די נוקשה, כמו רוד moiety קשורה אחת או שתי שרשראות אליפטיות גמיש32,33,34. העיצוב הרגיל של תרכובות בשר ודם, עוברי בוצעה בעיקר עם מינים נייטרלי, אבל מחקרים הראו כי גם זוגות יוניים יכול להפגין התנהגות בשר ודם, עוברי, מניב חומרים עם מאפיינים הממשק בין נוזלים יוניים נוזלי קריסטלים35,36,37.
לוקחים לתוך חשבון תוצאות אחרונות XB בגבישים נוזליים24,38,39, ואת היכולת ספציפי של אניונים לפעול כמו XB-acceptors, זה נראה מעניין במיוחד לניצול אינטראקציה זו שאינם קוולנטיות ב עיצוב סוגים חדשים של ILCs.
1-אלקיל-3-methylimidazolium iodides (1-m) של רשת שונים-אורך, הנקראים יוניים נוזלים40, שימשו את הסינתזה של מכלולים (איור 3)41,42. הערה זו רק 1-12, הנושאת שרשרת אלקיל C12, המוצגים crystallinity נוזלי עם smectic (ס א) שלב (קריסטל (Cr) לטמפרטורת המעבר SmA = 27 ° C; א-Sm איזוטרופיות טמפרטורת המעבר נוזלי (ISO) = 80 ° C; Cr • 27 • SmA • 80 • Iso)43. מלחי Imidazolium היו הגיבה עם iodoperfluorooctane (2-8), iodoperfluorodecane (2-10), אשר ידועים XB-תורמים44,45.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig3.jpg"> איור 3: ערכת סינתטי. נוסחות כימי של הקמת יוניים נוזלים (1-m), iodoperfluoroalkanes (2- n), הקשורים XB-מתחמי 1-m•2-ש <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
אניונים יודיד צפויים להשתתף בקלות כמו XB-מקבל על היווצרות מבנים סופרא מולקולרית עם haloperfluoroalkanes44. עם זאת, הוא נשאר מאתגר לחזות את המספר ואת הטופולוגיה של המין XB-תורם מתואמת. למעשה, הליד אניונים בדרך כלל מעורבים שניים או שלושה XBs46,47,48, אך מספרי תיאום גבוהים יותר נצפו גם49,50.
במסמך זה, אנו מתארים הליך להשגת מאוד fluorinated XB ILCs ואת הליך מפורט של זיהוי ואפיון של המופע של XB. הרצף של ניתוח שדווחו פה ולא מנוצל כדי לזהות את XB יכול להיחשב פרוצדורה כללית, ניתן ליישם את האפיון של כל סוג של מערכת XB.

<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

במסמך זה, נדגים בגישה מלמטה למעלה, בהתבסס על הלוגן מליטה (XB), להיות מיושם בהצלחה על עיצוב האתר של סוג חדש של גביש נוזלי יוניים (ILCs). יתרונות רישום של יחודיות גבוהה של XB עבור haloperfluorocarbons ואת היכולת של אניונים לפעול כמו XB-acceptors, השגנו מתחמי סופרא מולקולרית המבוסס על 1-אלקיל-3-methylimidazolium iodides, iodoperfluorocarbons, התגברות על ידועים immiscibility בין פחמימנים (HCs) perfluorocarbons (PFCs). . הכיוון גבוהה של XB בשילוב עם האפקט fluorophobic, אפשרה לנו להשיג גביש נוזלי enantiotropic איפה נוקשה, הלא-ארומטי, XB סופרא מולקולרית אניון משמש mesogenic הליבה.
רנטגן ניתוח מבנה של המתחם בין 1-אתיל-3-methylimidazolium יודיד iodoperfluorooctane הראה הנוכחות של מבנה שכבות, אשר היא ביטוי של נטייה סגרגציה של שרשראות perfluoroalkyl ידועים. . זה עקבי עם התצפית של smectic mesophases. יתר על כן, כל מתחמי שדווחה להמיס מתחת 100 ° C, ורובם בשר ודם, עוברי אפילו בטמפרטורת החדר, ולמרות זאת חומרי המוצא היו ללא-בשר ודם, עוברי בטבע.
האסטרטגיה סופרא מולקולרית דיווחו כאן מספק עקרונות עיצוב חדש עבור עיצוב mesogen המאפשר מחלקה חדשה לגמרי של חומרים פונקציונליים.

דיפרנציאלית סריקה calorimetry (DSC), פום, אנליזה תרמוגרווימטרית (TGA), וכן 1H ו- 19F NMR שימשו כדי לאפיין את מתחמי שהושג. קריסטלים אחת באיכות טובה של 1-2•-2-8, התקבלו פתרון 1:2 של רכיבי ההתחלה ב- acetonitrile על-ידי התאדות איטית של הממס בטמפרטורת החדר.
DSC ניתוחים על תערובות של 1-2 ו- 2-8 עם יחס stoichiometric שונים, מותר לנו להפיק סטויכיומטריה תיאום טוב בין המלח imidazolium את iodoperfluoroalkane הוא 1:2. למעשה, DSC תמוגרפיה של 1:1 מתחם איור 4A מראה הנוכחות של uncomplexed imidazolium מלח 1-2 (שיא ב 57 מעלות צלזיוס), בזמן של 1:3 מורכבים שיש עודף טהור 2-8 (נקודת התכה 24 ° C). מצד שני, תמוגרפיה של 1:2 מורכבים מראה לשיא יחיד נפרדות מאלו של תרכובות ההתחלתי, הוכחת כי נוצר זן חדש של גבישי טהור.
ניתוח TGA אישר תוצאה זו. למעשה, רק על ערבוב 1-12 ו- 2-10 יחס 1:2, מדגם הומוגני, הושגה, אשר שוחרר באופן כמותי את אבן הבניין fluorinated בטמפרטורה גבוהה יותר iodoperfluorodecane uncomplexed (איור 5 א ו 5B).
19 F NMR הוחל פשוט, יעיל, adducts כלי רגיש כדי לזהות את היווצרות XB. XB. אני– בין אלקטרון חסר יוד של iodoperfluoroalkanes אניון השפעות בחריפות את האותות של ה -CF2-קבוצת (אלפא = −60, דפים לדקה 0), מעורר להתקפה לזיהוי משמרות של מגנטיים F NMR 19. ערך Δδ של 1.2 ppm נמדדה מורכבים 1-2•2-8, המאשרת את המופע של אינטראקציות noncovalent אטרקטיבי מעורבים הלוגן אטומים כמו electrophilic מינים (איור 6). יתר על כן, על ידי הקלטה רצופים 1H וניתוחים F NMR 19בנוכחות אתר 2,2,2-trifluoroethyl כמו תקן פנימי לשילוב אות, סטויכיומטריה 1:2 את בין XB-מקבל התורם מודולים כבר נוסף אישר.
יחיד קריסטל ניתוח רנטגן של 1-2•-2-8 אישר כי XB כונני היווצרות קומפלקס סופרא מולקולרית trimeric איפה אניון יודיד מעשים כמו bidentate XB-מקבל, איגוד שתי שרשראות fluorinated. I··· אני– במרחקים זהים כמעט [3.4582(9) Å ו 3.4625(10) Å] ולהתכתב בערך ל-27% קיצור ביחס לסכום vdW פאולינג רדיוס של יוד atom ו יודיד אניון, בהתאמה51. . הכיוון גבוהה של XB אושר על ידי C-I··· אני– זוויות של 174.1(1) ° ו 175.4(2) °, בהתאמה(איור 7 א). שני הייצורים החיים מאוכלס באותה מידה שנצפו של קטיונים imidazolium, אשר שכב בערך על אותו מישור, קשורים על ידי ציר כפולה לחקר הגבישים. איור 7 ב מציג את ההפרדה בין החלקים יוניים ונייטרלי, וגם בין הרשתות HC ו- PFC, בתוך הקריסטל (הפרעת הוסר).
DSC ו פום שמחקרים גילו כי כל מתחמי נמס בטמפרטורה נמוכה יותר מאשר 100 ° C (איור 8A), כמו טיפוסי של נוזלים יוניים. יתר על כן, הם כולם מראים של enantiotropic נוזלי גבישי התנהגות, חלקם בטמפרטורת החדר, עם SmB, SmA שלבים (איור 8A). בקרור, המעבר SmA-SmB זוהה על ידי החריצים האופיינית לרוחב החלק האחורי של האוהדים (איור 8 ב', משמאל). החריצים נעלם על קירור נוסף מתחת המעבר.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig4.jpg"> איור 4: דיפרנציאלית סריקה Calorimetry. DSC thermograms לדוגמאות שהוכנו על ידי ערבוב 1-2 ו- 2-8 יחסים stoichiometric שונים: 1:3 מדגם (למעלה) דוגמה 1:2 (באמצע), 1:1 מדגם (למטה). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig5.jpg"> איור 5:אנליזה תרמית. DSC חימום וקירור מחזורים (א'), ניתוח TGA (B) על מדגם שהוכנו על ידי ערבוב 1-12 ו- 2-10 על יחס 1:2 שן טוחנת. דמות זו שונתה מן ההפניה37. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig6.jpg"> איור 6 : 19 ניתוח NMR F. 19 ספקטרום F NMR CDCl3 של 2-8 (למעלה) הקשורים בונדד הלוגן מורכב 1-2•-2-8 (למטה). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig7.jpg"> איור 7 : רנטגן קריסטל יחיד ניתוח. (א) יחידת אסימטרי של המתחם 1-2•-2-8 מראה היווצרות של superanion trimeric שבו שתי שרשראות fluorinated מודבקת המרכזי אני האניון– (conformer יחיד של הקטיון המתוסבכים דיווח); (B) מלח imidazolium 1-2 ו- iodoperfluorooctane 2-8 הפרדת לאורך לחקר הגבישים b-ציר; (C) צד להציג הצגה יוניים ואזורי fluorocarbon של המבנה. בצבעים: אפור, פחם; כחול, חנקן; מג'נטה, יוד; ירוק, פלואור; לבן, מימן. חוב הלוגן ו"כדור קווים אפורים. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55636/55636fig8.jpg"> איור 8 : מקוטב מיקרוסקופ אופטי. (א) תרשים של thethermal מעברים של מתחמי בונדד הלוגן 1-m•2- n נמדדת חם-שלב פום (כחול הוא מוצק, אדום SmB, כתום SmA שלבים). (B) אופטי טקסטורות של השלבים smectic שנצפו 1-12•2-10-קירור מהמדינה isotropic. משמאל: שלב SmB ב 77 ° C; מימין: שלב SmA-83 ° C. סרגל קנה מידה: 100 מיקרומטר. דמות זו שונתה מן ההפניה37. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55636/55636fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>רוחב ספקטרלי (KHz)</td>
			<td>מספר סריקות</td>
			<td>עיכוב הדופק (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>טבלה 1: רכישת פרמטרים עבור 1 H ו- 19 F NMR ניסויים

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

פרוטוקול לסינתזה של סוג חדש של mesogens, בהתבסס על בונדד הלוגן אניון סופרא מולקולרית [CnF2n + 1-I··· I··· -CnF2n +1]−, הוא דיווח.

ממולקולות חומרים: הנדסה בגבישים נוזליים יוניים חדש דרך הלוגן מליטה

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

הכנה של חלקיקי סיליקה באמצעות חומצה קטליזה בסיוע מיקרוגל

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

לפזר החזרה אינפרא אדום Spectroscopic זיהוי של פיזור / חלקיקים מנגנוני Bonding בדיו פונקציונלי

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

סינתזה מאוד Stereoselective של 1,6-Ketoesters מתווכת על ידי נוזלים יוניים: תגובת שלושה רכיבי הפעלה מהירה גישה לסוג חדש של נמוך Gelators משקל המולקולרי

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

מתוך בונה קריסטלים - לקראת מבנה קביעת β-חבית החיצון ממברנה חלבונים

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

סינתזת קילוף של פוספטים זירקוניום Discotic להשיג קריסטלים קולואיד נוזלים

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

אפיון תחבורה אלקטרון דרך חיים 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

ההשפעה של מליטה כימית interfacial ב TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; מרוכבים על הביצועים שלהם NOX photatalyalytic הפחתה

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

קביעת מאפייני תרמודינמי בסגסוגות מתכת עפרורית נוזלי בטכניקה כוח אלקטרו מניע

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

זיהוי רגיש היסודות של הכימיה בסוללות דרך בליעה רכה רנטגן, רנטגן פלסטית תהודה פיזור

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

טכניקות הרומן להתבוננות מבניים הדינמיקה של גביש נוזלי Photoresponsive

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