Исследователи из Университета Канадзава синтезировали спирально-лестничные полимеры с четко определенным повторяющимся звеном и геометрией правозакрученной винтовой лестницы. Об этом ученые сообщают в Journal of the American Chemical Society.

Лестничные полимеры — молекулы, состоящие из последовательных соединенных колец из атомов углерода, — сложно синтезировать, потому что они требуют высокоселективных количественных реакций, чтобы избежать образования побочных продуктов. Более того, большинство существующих стратегий синтеза лестничных полимеров страдают от жестких ограничений в отношении селективности и количественного определения.

Другим важным типом соединений являются молекулы со спиральной структурой (такие как ДНК и белки), которые играют важную роль в молекулярном распознавании и катализе. Таким образом, изготовление молекул, которые обладают как лестничной, так и спиральной структурой, может открыть новые области применения полимерных материалов.

Сотрудники Университета Канадзава взяли за основу триптицен — молекулу, состоящую из четырех углеводородных циклов, соединенных между собой. Триптицен является ахиральной молекулой, то есть его зеркальное отражение совпадает с ним. Но если ввести в него новые группы атомов, можно получить хиральные молекулы, которые будут относиться друг к другу как отражения в зеркале и иметь разные свойства.

Оптически активные триптицены имеют практическое применение, например для оптического разделения и создания люминесцентных материалов. Исследователи использовали хиральные триптицены в качестве основы для формирования винтовых лестничных полимеров с использованием электрофильного замещения. Это получилось благодаря отталкиванию частей молекулы друг от друга, связанному с пространственными факторами. Реакции были количественными и региоселективными (то есть образовывался преимущественно один продукт), что позволило синтезировать оптически активные лестничные полимеры с четко определенной спиральной геометрией. Никаких побочных продуктов обнаружено не было.

Графическое изображение спирально-лестничных полимеров / Tomoyuki Ikai

Для характеристики структуры продуктов реакции исследователи использовали несколько методов, включая спектроскопию и микроскопию. Затем ученые использовали молекулярно-динамическое моделирование для понимания структуры полученных молекул. Оно подтвердило геометрию правосторонней винтовой лестницы.

«Мы полагаем, что эти лестничные полимеры, которые могут попасть в новую категорию спиральных полимеров, представляют собой многообещающий класс современных материалов при использовании в качестве наноканалов для молекулярно-ионного транспорта, органической электроники и специфических реакций. Это можно сделать с помощью дальнейшей модификации», — прокомментировали авторы в статье.