Ricercatori del Tokyo Institute of Technology, l'Università di Cambridge, e l'Università di Copenhagen hanno costruito una nanogabbia autoassemblante con un nanospazio molto insolito:le sue pareti sono fatte di molecole antiaromatiche, che sono generalmente considerati troppo instabili per lavorare con. Capovolgendo le ipotesi sui limiti dell'ingegneria nanochimica, lo studio crea un nanospazio completamente nuovo da esplorare per gli scienziati. Le cavità di dimensioni nanometriche stanno già trovando una gamma di applicazioni utili in chimica, medicina e scienze ambientali.

Scienziati tra cui Masahiro Yamashina del Tokyo Institute of Technology (JSPS Overseas Research Fellow, a quel tempo) e Jonathan R. Nitschke dell'Università di Cambridge, riportando il loro lavoro sulla rivista Natura , descrivono la costruzione di un nuovo tipo di nanospazio all'interno di "una gabbia autoassemblata composta da quattro ioni metallici con sei pareti antiaromatiche identiche".

Fino ad ora, molti team hanno sviluppato nanogabbie con pareti aromatiche, ma nessuno con composti antiaromatici, a causa delle sfide poste dalla loro intrinseca instabilità. L'aromaticità si riferisce a una proprietà dei composti organici a forma di anello che li rende altamente stabili, considerando che l'antiaromaticità descrive composti molto più reattivi, a causa di una differenza nel numero dei cosiddetti elettroni condivisi dall'anello.

La ricerca del team di un mattone adatto per la loro nanogabbia li ha portati a uno studio del 2012 di Hiroshi Shinokubo e collaboratori in Giappone. Questo studio ha riportato la sintesi di un insolitamente stabile, composto antiaromatico a base di nichel chiamato norcorrole. Quindi, attingendo a Jonathan R. Nitschke e all'esperienza del suo gruppo nell'autoassemblaggio dei sottocomponenti, il team è riuscito a costruire una gabbia di tre nanometri di diametro con uno scheletro in norcorrole.

Per indagare il grado di antiaromacità all'interno della gabbia, il team ha eseguito calcoli di spostamento chimico indipendente dal nucleo (NICS). I risultati hanno indicato che i pannelli di norcorrole sembrano lavorare insieme per migliorare l'antiaromacity. Il valore NICS era costantemente alto nella parte centrale della gabbia, suggerendo che i pannelli si rinforzano a vicenda.

L'ambiente unico all'interno della gabbia è stato ulteriormente testato incapsulando una serie di molecole ospiti, a cominciare dal coronene già incapsulato all'interno della gabbia aromatica.

I ricercatori hanno ipotizzato che quando esposti a un campo magnetico esterno, le molecole ospiti in una gabbia con pareti aromatiche sperimenterebbero un effetto schermante, mentre quelli in una gabbia con pareti antiaromatiche sperimenterebbero un effetto di schermatura.

Come previsto dalla teoria, Le analisi di spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) hanno rivelato un effetto di schermatura attribuibile alle pareti antiaromatiche.

Tutte le molecole ospiti testate nello studio hanno mostrato un significativo spostamento chimico verso il basso, un indicatore del grado di deschermatura. Le differenze di spostamento variavano da 0,7 a 14,9 parti per milione. Di questi, una nanocintura di carbonio ha mostrato il più alto grado di spostamento verso il basso osservato finora derivante da un ambiente antiaromatico.

La gabbia può essere considerata come un nuovo tipo di reagente di spostamento NMR, dicono i ricercatori, il che significa che potrebbe essere uno strumento utile per l'analisi strutturale, cioè per interpretare le strutture più fini dei composti organici.

Il lavoro futuro si concentrerà sullo studio della reattività chimica all'interno del nanospazio.