ממולקולות חומרים: הנדסה בגבישים נוזליים יוניים חדש דרך הלוגן מליטה

המטרה הכוללת של פרוטוקול זה היא לספק נוהל להכנת גבישים נוזליים יוניים סופרמולקולריים חדשים המבוססים על קשרי הלוגן החל מאבני בניין לא מזומורפיות. קשר ההלוגן הפך לכלי לשליטה בתופעות הרכבה עצמית של אגרגציה, והם יכולים למלא תפקיד חשוב מאוד בקביעת התכונות הפיזיקליות והכימיות של ביו-חומרים. קשר ההלוגן חזק מספיק כדי להתגבר על השדה התחתון הקיים בין תרכובות פרפלואורו-פחמימניות וניתן לנצל אותו כדי להכניס כל מודול מופלר לחומר על-מולקולרי חדש.

בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו חשדנים מכיוון שהלוגנים הם מינים עשירים באלקטרונים. עם זאת, באטומי הלוגן הקשורים קוולנטית מופיע אזור בעל פוטנציאל אלקטרוסטטי חיובי לאורך הרחבת הקשר הקוולנטי. היכולת של יון להיות מעורב בקשר הלוגן בכיווניות האידיאלית של האינטראקציה נתנה לנו את הרעיון הזה ליישם שיטה זו לתכנון גביש נוזלי אניוני.

כדי להכין את הקומפלקסים הקשורים בהלוגן מהתמיסה, יש להמיס תחילה 50 מיליגרם ממלח האימידזוליום ב -0.5 מיליליטר אצטוניטריל. לאחר מכן, ממיסים 229 מיליגרם של perfluorooctyliodide ב -0.5 מיליליטר אצטוניטריל. מערבבים את שתי התמיסות בבקבוקון.

לאחר מכן, הניחו את הבקבוקון בצנצנת מלאה בשמן פרפין ותנו לממס להתפזר לאט בשמן בטמפרטורת החדר. זה עדיין מאתגר לצפות את ההרכב והארכיטקטורה של המבנה העל-מולקולרי הסופי, מכיוון שאניוני היוד יכולים לשמש כמקבל קשר הלוגן רב-שיניים. עם זאת, ניתוח עקיפה של AC וקרני רנטגן גילה כי אניון יוד נקשר באופן מועדף לשרשראות פרפלואורואוקטיל.

להכנת קומפלקסים מלוכדים בהלוגן במתודולוגיית ההיתוך, מערבבים את מלח האימידזוליום עם יודו-פרופלואורואלקן מתאים בבקבוקון זכוכית בורוסיליקט שקוף המצויד במוט ערבוב מגנטי. סוגרים את הבקבוקון ומכניסים לאמבט שמן תחת ערבוב נמרץ. מחממים את תערובת התגובה בחום של 70 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות.

לאחר מכן, מצננים את התערובת לטמפרטורת החדר. מולקולות פרפלואוריות הן נדיפות מאוד, ולכן מתודולוגיה זו דורשת מערכת אטומה כדי להפחית את התנודתיות של יודו-פרפלואורואלקן. הכן שכבה דקה של הדגימה על ידי הנחת כמות קצה מרית של הקומפלקס העל-מולקולרי בין שתי כוסות מיקרו-כיסוי.

הנח את הדגימה בשלב החם של מיקרוסקופ אופטי מקוטב בין שני מקטבים צולבים וחמם את הדגימה להמסה. לבסוף, שלח את הדגימה למחזורי חימום וקירור חוזרים ונשנים על מנת לקדם מעברי פאזה. ניתוח DSC של הקומפלקס שהתקבל ממלח אימידזוליום ויודו-פרפלואורואוקטן היה עקבי עם הסטויכיומטריה המועדפת של 1:2.

התרמוגרמה של קומפלקס 1:1 מציגה את מלח האימידזוליום הלא מורכב. בעוד שבקומפלקס 1:3 יש עודף יודו-פרפלואורואוקטן טהור. התרמוגרמה של קומפלקס 1:2 מציגה שיא יחיד הנבדל מהתרכובות ההתחלתיות, מה שמדגים שנוצר מין גבישי חדש וטהור.

ספקטרום התמ"ג הפלואור של הקומפלקס בין מלח אימידזוליום ליודו-פרפלואורואוקטן מראה שינוי שדה למעלה של 1.2 ppm עבור קבוצת הדיפלואורומתילן הסמוכה ליוד, מה שמאשר אינטראקציות לא קוולנטיות הכוללות אטומי הלוגן כמינים אלקטרופיליים. ניתוח רנטגן גבישי יחיד של הקומפלקס בין 1-אתיל-3-מתילמידזוליום יודיד ליוד-פרפלואורואוקטן מאשר כי קשר הלוגן מניע את היווצרות קומפלקס סופרמולקולרי טרימרי, כאשר אניון היודיד פועל כמקבל קשר הלוגן בידנטט הקושר שתי שרשראות מופלרות. DSC ומיקרוסקופיה אופטית מקוטבת גילו כי כל הקומפלקסים נמסו בטמפרטורות נמוכות מ-100 מעלות צלזיוס והראו התנהגות גבישית נוזלית אנטיטרופית עם פאזות B וסקטיות A.

עם הקירור, המעבר הסמקטי A, ה-B הסמקטי זוהה על ידי פסים אופייניים על פני החלק האחורי של הדק. המערכת העל-מולקולרית המדווחת במאמר מדגימה לראשונה את היישום של קשרי הלוגן בבניית גבישים נוזליים יוניים סופרמולקולריים. הודות לתכנון על-מולקולרי מדויק המבוסס על כיווניות גבוהה של קשר ההלוגן והאפקט הפלואורו-פובי, ניתן להשיג גבישים נוזליים אנטי-טרופיים המבוססים על סינתונים של קשר הלוגן על-מולקולרי קשיח ולא ארומטי כליבה מזוגנית.

הגישה העל-מולקולרית המוצגת כאן מייצגת פלטפורמה אטרקטיבית לתכנון חומרים גבישיים נוזליים חדשים ויכולה לספק הזדמנויות חדשות לפיתוח חומרים פונקציונליים מתוחכמים.