Investigadores de la Universidad de Kanazawa informan en Química de las comunicaciones que ciertas moléculas orgánicas pentagonales y hexagonales exhiben autoclasificación. El efecto se puede utilizar para hacer crecer estructuras tubulares multicapa que conservan la geometría de las cavidades iniciales.

Los ensamblajes supramoleculares son nanoestructuras que resultan de moléculas que se unen, a través de interacciones intermoleculares, en unidades más grandes. Un enfoque para controlar el ensamblaje supramolecular implica la autoclasificación:moléculas que reconocen copias de sí mismas, y vinculante con ellos. Ahora, los hallazgos de una colaboración interdisciplinaria entre el grupo Supramolecular (Tomoki Ogoshi y compañeros de trabajo) el grupo de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) (Hitoshi Asakawa, Takeshi Fukuma, y compañeros de trabajo) del Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI) de la Universidad de Kanazawa demostró que el comportamiento de autoclasificación puede surgir del principio de complementariedad geométrica por forma:en una mezcla de bloques de construcción moleculares pentagonales y hexagonales específicos, los pentágonos se unen a los pentágonos y los hexágonos a los hexágonos, y no se produce mezcla.

Asakawa y miembros del grupo AFM realizaron experimentos con moléculas llamadas pilar [n] arenos, con n =5 y n =6, correspondiente a formas pentagonales y hexagonales, respectivamente. Ambas moléculas vienen en dos 'sabores':positiva (catiónica) o cargada negativamente (aniónica). Las moléculas poligonales son esencialmente anillos de 5 o 6 unidades orgánicas idénticas, cada uno con un anillo de benceno, pero la composición de las unidades es diferente para las variantes catiónica y aniónica.

Ogoshi y sus colegas del grupo Supramolecular dejaron que los pilares catiónicos [5] arenos (P [5] + en notación taquigráfica) se adsorbieran en un sustrato de cuarzo. De esta estructura, fueron capaces de cultivar multicapas de P [5] + / P [5] - / P [5] + /… sumergiéndolas alternativamente en soluciones aniónicas y catiónicas de pilar [5] areno. La adición de una capa se verificó cada vez mediante mediciones de espectroscopía ultravioleta-visible. La estructura general resultante es una 'nanomata' de estructuras tubulares con poros pentagonales. Se obtuvieron resultados similares para los pilares [6] arenos:se podrían fabricar fácilmente pilas de capas catiónicas y aniónicas alternas de moléculas hexagonales. La disposición de pilar [n] arenes en una superficie fue investigada en colaboración con el profesor Takanori Fukushima, Prof. Tomofumi Tada y compañeros de trabajo del Instituto de Tecnología de Tokio.

Lo que los científicos encontraron sorprendente fue que no era posible apilar bloques de construcción pentagonales y hexagonales al intentar construir una capa aniónica sobre una catiónica (y viceversa). Esta es una manifestación de autoclasificación:solo los polígonos pueden autoensamblarse, incluso si las interacciones iónicas impulsan la formación de estructuras en capas de cationes-aniones.

Los investigadores también examinaron la estructura de la primera capa de moléculas P [5] + o P [6] + en el sustrato de cuarzo. Para las moléculas hexagonales, la estructura de empaque bidimensional no exhibió un orden estructural de largo alcance, mientras que para las moléculas pentagonales, lo hizo. Esto se atribuye en parte a una menor densidad de este último. Para las 'nanomatas' multicapa, se observó la misma tendencia:orden de largo alcance para las pilas pentagonales. Las estructuras de empaquetamiento dependientes de la forma del anillo se simularon mediante una simulación de Monte Carlo en colaboración con el profesor Tomonori Dotera de la Universidad de Kindai.

El efecto de autoclasificación descubierto por Ogoshi y sus colegas tiene aplicaciones potenciales prometedoras. Citando a los científicos:"El desafío final será propagar información sobre la forma de la cavidad en la superficie para proporcionar materiales adhesivos y de adsorción de formas reconocibles".

Pilar [n] arenes

Pilar [n] arenes, denominados colectivamente pillararenes (y a veces pillarenes), son moléculas orgánicas cíclicas que constan de n unidades de hidroquinona, que puede ser sustituido. Hidroquinona, también conocido como quinol, tiene la fórmula química C6H4 (OH) 2. Consiste en un anillo de benceno con dos grupos hidroxilo (OH) unidos a él en lados opuestos del hexágono de benceno.

El primer pillarareno fue sintetizado en 2008 por Tomoki Ogoshi y sus colegas de la Universidad de Kanazawa. Se eligió el nombre pillarareno porque las moléculas tienen forma cilíndrica (en forma de pilar) y están compuestas por restos aromáticos (arenos).

Es más, Ogoshi y sus colegas han demostrado que n =5 yn =6 pillararenes exhiben capacidades de autoclasificación. Las versiones catiónica y aniónica de las moléculas forman estructuras tubulares que conservan la geometría pentagonal o hexagonal original de la cavidad del pilarreno.