I ricercatori dell'Università di Kanazawa riferiscono in Chimica delle comunicazioni che certe molecole organiche pentagonali ed esagonali mostrano un autoordinamento. L'effetto può essere utilizzato per far crescere strutture tubolari multistrato che preservano la geometria delle cavità iniziali.

Gli assemblaggi supramolecolari sono nanostrutture risultanti da molecole che si legano insieme, attraverso interazioni intermolecolari, in unità più grandi. Un approccio per controllare l'assemblaggio supramolecolare prevede l'auto-ordinamento:le molecole riconoscono copie di se stesse, e vincolante con loro. Ora, i risultati di una collaborazione interdisciplinare tra il gruppo Supramolecular (Tomoki Ogoshi e collaboratori) Atomic Force Microscopy (AFM) group (Hitoshi Asakawa, Takeshi Fukuma, e collaboratori) del Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI) Kanazawa University ha dimostrato che il comportamento di auto-ordinamento può derivare dal principio della complementarietà geometrica per forma:in una miscela di specifici mattoni molecolari pentagonali ed esagonali, i pentagoni si legano ai pentagoni e gli esagoni agli esagoni, e non avviene alcuna miscelazione.

Asakawa e i membri del gruppo AFM hanno condotto esperimenti con molecole chiamate pillar[n]arenes, con n =5 e n ​​=6, corrispondenti a forme pentagonali ed esagonali, rispettivamente. Entrambe le molecole sono disponibili in due "sapori":positivamente (cationico) o caricato negativamente (anionico). Le molecole poligonali sono essenzialmente anelli di 5 o 6 unità organiche identiche, ciascuno dotato di un anello benzenico, ma la composizione delle unità è diversa per le varianti cationiche e anioniche.

Ogoshi e i suoi colleghi del gruppo Supramolecolare lasciano assorbire i pilastri cationici[5]areni (P[5]+ in notazione abbreviata) su un substrato di quarzo. Da questa struttura, sono stati in grado di far crescere multistrati P[5]+/P[5]–/P[5]+/… immergendolo alternativamente in soluzioni di pilastri[5]arenici anionici e cationici. L'aggiunta di uno strato è stata verificata ogni volta mediante misurazioni spettroscopiche nell'ultravioletto-visibile. La struttura complessiva risultante è un "nanomat" di strutture tubolari con pori pentagonali. Risultati simili sono stati ottenuti per i pilastri[6]areni:è stato possibile fabbricare facilmente pile di strati alternati cationici e anionici delle molecole esagonali. La disposizione dei pillar[n]areni su una superficie è stata studiata in collaborazione con il Prof. Takanori Fukushima, Prof. Tomofumi Tada e collaboratori del Tokyo Institute of Technology.

Ciò che gli scienziati hanno trovato sorprendente è che non era possibile impilare blocchi di costruzione pentagonali ed esagonali quando si cercava di costruire uno strato anionico su uno cationico (e viceversa). Questa è una manifestazione di auto-ordinamento:solo come i poligoni possono autoassemblarsi, anche se le interazioni ioniche guidano la formazione di strutture stratificate catione-anione.

I ricercatori hanno anche esaminato la struttura del primo strato di molecole P[5]+ o P[6]+ sul substrato di quarzo. Per le molecole esagonali, la struttura di imballaggio bidimensionale non mostrava un ordine strutturale a lungo raggio, mentre per le molecole pentagonali, lo ha fatto. Ciò è in parte attribuito a una minore densità per quest'ultimo. Per i 'nanomat' multistrato, si è osservata la stessa tendenza:ordine a lungo raggio per i faraglioni pentagonali. Le strutture di impaccamento dipendenti dalla forma dell'anello sono state simulate mediante una simulazione Monte Carlo in collaborazione con il Prof. Tomonori Dotera della Kindai University.

L'effetto di auto-smistamento scoperto da Ogoshi e colleghi ha potenziali applicazioni promettenti. Citando gli scienziati:"La sfida finale sarà quella di propagare informazioni sulla forma della cavità sulla superficie per fornire materiali adesivi e adsorbimento riconoscibili dalla forma".

Pilastro[n]arene

Pilastro[n]areni, denominati collettivamente pillarareni (e talvolta pillareni), sono molecole organiche cicliche costituite da n cosiddette unità idrochinoniche, che può essere sostituito. idrochinone, noto anche come chinolo, ha la formula chimica C6H4(OH)2. È costituito da un anello benzenico con due gruppi ossidrile (OH) legati ad esso ai lati opposti dell'esagono del benzene.

Il primo pillararene è stato sintetizzato nel 2008 da Tomoki Ogoshi e dai colleghi dell'Università di Kanazawa. Il nome pillararene è stato scelto poiché le molecole sono di forma cilindrica (a colonna) e composte da porzioni aromatiche (areni).

Per di più, Ogoshi e colleghi hanno dimostrato che n =5 e n ​​=6 pillarareni mostrano capacità di auto-smistamento. Versioni cationiche e anioniche delle molecole formano strutture tubolari preservando l'originale geometria pentagonale o esagonale della cavità pillararenica.