Pesquisadores da Universidade de Kanazawa relatam em Química da Comunicação que certas moléculas orgânicas pentagonais e hexagonais exibem auto-classificação. O efeito pode ser usado para fazer crescer estruturas tubulares de múltiplas camadas que preservam a geometria das cavidades iniciais.

Os conjuntos supramoleculares são nanoestruturas resultantes da ligação de moléculas, por meio de interações intermoleculares, em unidades maiores. Uma abordagem para controlar a montagem supramolecular envolve a auto-classificação:moléculas que reconhecem cópias de si mesmas, e vinculando-se a eles. Agora, as descobertas de uma colaboração interdisciplinar entre o grupo Supramolecular (Tomoki Ogoshi e colegas de trabalho) Grupo de Microscopia de Força Atômica (AFM) (Hitoshi Asakawa, Takeshi Fukuma, e colegas de trabalho) do Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI) Universidade de Kanazawa mostrou que o comportamento de auto-classificação pode surgir do princípio da complementaridade geométrica por forma:em uma mistura de blocos de construção moleculares pentagonais e hexagonais específicos, pentágonos se ligam a pentágonos e hexágonos a hexágonos, e nenhuma mistura ocorre.

Asakawa e membros do grupo AFM conduziram experimentos com moléculas chamadas pilar [n] arenos, com n =5 e n ​​=6, correspondendo a formas pentagonais e hexagonais, respectivamente. Ambas as moléculas vêm em dois 'sabores':positivamente (catiônica) ou negativamente carregada (aniônica). As moléculas poligonais são essencialmente anéis de 5 ou 6 unidades orgânicas idênticas, cada um com um anel de benzeno, mas a composição das unidades é diferente para as variantes catiônica e aniônica.

Ogoshi e seus colegas do grupo Supramolecular permitem que o pilar catiônico [5] arenos (P [5] + em notação abreviada) seja adsorvido em um substrato de quartzo. A partir desta estrutura, eles foram capazes de crescer P [5] + / P [5] - / P [5] + / ... multicamadas por imersão alternadamente em soluções de pilar aniônico e catiônico [5] areno. A adição de uma camada foi verificada a cada vez por medidas de espectroscopia ultravioleta-visível. A estrutura geral resultante é um 'nanomat' de estruturas tubulares com poros pentagonais. Resultados semelhantes foram obtidos para o pilar [6] arenos:pilhas de camadas alternadas catiônicas e aniônicas das moléculas hexagonais poderiam ser facilmente fabricadas. A disposição dos pilares [n] arenos em uma superfície foi investigada em colaboração com o Prof. Takanori Fukushima, Prof. Tomofumi Tada e colegas de trabalho do Instituto de Tecnologia de Tóquio.

O que os cientistas acharam surpreendente foi que não era possível empilhar blocos de construção pentagonais e hexagonais ao tentar construir uma camada aniônica sobre uma catiônica (e vice-versa). Esta é uma manifestação de auto-classificação:apenas como os polígonos podem se automontar, mesmo que as interações iônicas conduzam à formação de estruturas em camadas de cátions-ânions.

Os pesquisadores também examinaram a estrutura da primeira camada de moléculas P [5] + ou P [6] + no substrato de quartzo. Para as moléculas hexagonais, a estrutura de empacotamento bidimensional não exibiu ordem estrutural de longo alcance, enquanto que para as moléculas pentagonais, ele fez. Isso é parcialmente atribuído a uma densidade mais baixa para o último. Para os 'nanomats' multicamadas, a mesma tendência foi observada:ordem de longo alcance para as pilhas pentagonais. As estruturas de empacotamento dependentes da forma do anel foram simuladas por uma simulação de Monte Carlo em colaboração com o Prof. Tomonori Dotera da Kindai University.

O efeito de auto-classificação descoberto por Ogoshi e colegas tem aplicações potenciais promissoras. Citando os cientistas:"O desafio final será propagar informações sobre o formato da cavidade na superfície para fornecer materiais adesivos e adsorção reconhecíveis de forma."

Pilar [n] arenos

Pilar [n] arenos, chamados coletivamente de pilararenos (e às vezes pilares), são moléculas orgânicas cíclicas que consistem nas chamadas unidades de hidroquinona, que pode ser substituído. Hidroquinona, também conhecido como quinol, tem a fórmula química C6H4 (OH) 2. Consiste em um anel de benzeno com dois grupos hidroxila (OH) ligados a ele em lados opostos do hexágono de benzeno.

O primeiro pilarareno foi sintetizado em 2008 por Tomoki Ogoshi e colegas da Universidade de Kanazawa. O nome pilarareno foi escolhido porque as moléculas são cilíndricas (semelhantes a pilares) e compostas por metades aromáticas (arenos).

Além disso, Ogoshi e colegas mostraram que n =5 en =6 pilararenos exibem capacidades de auto-classificação. Versões catiônicas e aniônicas das moléculas formam estruturas tubulares preservando a geometria pentagonal ou hexagonal original da cavidade pilararene.