Des chercheurs obtiennent des matériaux supramoléculaires à double fonction

08.07.2024

Des structures moléculaires polyvalentes appelées structures supramoléculaires discrètes agissent comme des blocs de construction microscopiques personnalisables pour une grande variété d'applications. Ces structures peuvent servir à l'administration de médicaments, fournir des environnements uniques pour des réactions catalytiques ou s'intégrer dans une machine moléculaire.

Yokohama National University

L'illustration montre que les molécules d'alcool et d'eau ne sont adsorbées que dans l'un des deux types de pores.

Dans leur article publié le 25 juin dans le Journal of the American Chemical Society, des chercheurs de l'université nationale de Yokohama ont présenté une nouvelle méthodologie pour faire progresser l'auto-assemblage de matériaux supramoléculaires à double fonction.

L'auto-assemblage implique la génération spontanée d'une architecture supramoléculaire discrète et bien définie à partir d'un ensemble donné de composants en équilibre thermodynamique. Généralement, une combinaison binaire de précurseurs, chacun portant des groupes fonctionnels complémentaires, est assemblée en un produit stable. Les systèmes multicomposants, qui comprennent au moins deux précurseurs ayant des groupes fonctionnels identiques, restent relativement inexplorés.

Les scientifiques étudient des méthodes permettant de rassembler différents précurseurs possédant les mêmes groupes fonctionnels en une structure supramoléculaire unifiée par le biais de l'"auto-tri social". Dans l'auto-tri social, les transitions entre les systèmes complexes auto-triés imitent la fonction de régulation trouvée dans la nature, qui est capable d'un comportement de reconnaissance sélectif mais adaptatif.

Pour atteindre cet objectif, les chercheurs ont développé des approches stratégiques afin d'empêcher l'incorporation aléatoire et l'"autotri narcissique", où chaque type de précurseur s'assemble en structures indépendantes.

L'une de ces approches repose sur une technique appelée "tri automatique chiral", qui s'appuie sur la complémentarité de la chiralité (droitier ou gaucher). Lorsqu'un précurseur racémique (mélange de deux molécules chirales appelées énantiomères) est utilisé, les deux énantiomères sont souvent incorporés dans une seule structure.

Les molécules droites et gauches ont tendance à s'aligner alternativement lorsqu'elles cristallisent, et il est possible d'arranger des "quasi-racémates" qui présentent de légères différences structurelles entre les formes droites et gauches.

"Les recherches antérieures se sont principalement concentrées sur l'alignement de ces molécules, et l'application de ce phénomène au développement de matériaux fonctionnels a constitué un défi", a déclaré l'auteur correspondant, Suguru Ito, professeur agrégé d'ingénierie à l'université nationale de Yokohama.

Dans son étude, l'équipe d'Ito a exploré l'agencement de "quasi-racémates" présentant de légères différences structurelles entre les formes droitières et gauchères afin de créer des matériaux cristallins dotés de pores de différentes tailles. L'auto-triage social de deux paires de quasi-racemates a été réalisé en formant une molécule en forme d'anneau avec quatre molécules de connexion. Cet anneau stable est obtenu par une réaction réversible entre les groupes aldéhydes des quasi-racemates et les groupes amines des molécules de liaison. Par conséquent, les molécules en forme d'anneau peuvent se cristalliser en cristaux moléculaires poreux présentant deux types de pores tubulaires.

"Il s'agit d'une étape importante dans l'application des techniques d'arrangement des molécules droites et gauches à la création de matériaux fonctionnels", a déclaré M. Ito.

La conception de matériaux poreux dotés de systèmes à deux pores est une tâche complexe, mais ces matériaux sont très précieux en raison de leurs fonctionnalités avancées. Chaque pore pouvant être fonctionnalisé de manière distincte, les matériaux à double pore permettent de réaliser simultanément des fonctions multiples ou des conceptions spécifiques pour des applications complexes.

Des preuves expérimentales ont confirmé que ces pores doubles présentent des propriétés d'adsorption différentes.

Cette étude souligne l'utilité des quasi-racémates dans la construction de structures supramoléculaires socialement autoportantes avec deux fonctionnalités distinctes. En outre, la méthodologie ouvre la voie à la génération d'une nouvelle classe de cristaux moléculaires à double pore.

"À notre connaissance, il s'agit du premier cristal moléculaire à double pore formé par des macrocycles socialement autoportés", a déclaré Ito.

Les recherches futures viseront à développer divers matériaux cristallins multifonctionnels en appliquant la technique d'agencement des quasi-racemates.

"Mon objectif ultime est d'établir une méthode d'arrangement précis des molécules organiques et de développer des matériaux cristallins fonctionnels bénéfiques pour la société", a déclaré M. Ito.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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