Carl Henrik Gørbitz Kjemisk institutt, UiO. Molekyler H2H2 etan sukrose.

Presentasjon om: "Carl Henrik Gørbitz Kjemisk institutt, UiO. Molekyler H2H2 etan sukrose."— Utskrift av presentasjonen:

1 Carl Henrik Gørbitz Kjemisk institutt, UiO

2 Molekyler H2H2 etan sukrose

3 Molekyler

4

5 Krystall

6 ”Crystal engineering”, vi lager et supermolekyl

7 Fra organisk syntese til CE Organisk synteseCrystal engineeering målmolekylnettverk strukturelementfunksjonell gruppesupermolekylært synton kinetikkreaktant → T* → produktmolekyl → kim → krystall antall trinnmangeett (krystallisering) isomericis/trans, R/S m.m.polymorfisme motivasjonanvendelser, estetikk høydepunkterVitamin B 12, ginkolide, palytoxin, taxol Predikere krystallstruktur for et molekyl

8 Byggesteiner node linker

9 Problem 1 Molekyler er veldig små, vanskelig å sette sammen ett og ett Xe-atomer på Ni-overflate (Don Eigler, 1989)

10 Problem 2 Siden de er så små, må vi sette sammen veldig mange før det blir noe størrelse på det En sukkerkrystall på 1 x 1 x 1 mm inneholder 1,4 · 10 18 molekyler

11 Konklusjon Å basere seg på å sette sammen molekyler ett og ett når man skal lage porøse materialer synes å være en lite egnet løsning

12 Byggesteiner

13 Må gi byggesteinene innebygget ”intelligens” til å velge riktig

14 Lim

15 Intermolekylære krefter Må være: sterke retningsbestemte To hovedtyper benyttes innenfor CE: Hydrogenbindinger Metallkoordinasjon

16 Enkelte funksjonelle grupper liker å koordinere seg i forhold til metallatomer

17 MOFs “Metal-Organic Frameworks (MOFs) are crystalline compounds consisting of metal ions or clusters coordinated to often rigid organic molecules to form one-, two-, or three-dimensional structures that can be porous” (fra Wikipedia) MOF-5

18 MOFs

19 Zn-dikarboksylat med d = 0.21 og 91% fritt volum Yaghi et al., 2002

20 Noder

21 Seks karboksylatgrupper koordinerer til en Zn 4 O cluster

22 Kan vi gjøre dette uten metallioner? Kan vi finne organiske molekyler som kan virke som noder og generere åpne, porøse nettverk? Hvordan kan vi erstatte metal-karboksylat interaksjonen mellom node og linker?

23 Hydrogenbindinger D D D A A A 5,5-dimetylbarbitursyre:N,N’-difenylmelamin (Zerkowski, MacDonald & Whitsides, 1994)

24 Supermolekylære syntoner I Corey: ”Synthons are structural units within molecules which can be formed and/or assembled by known or conceivable synthetic operations” Analogt: Supermolkylære syntoner er strukturelle enheter som kan dannes med kjente eller tenkbare intermolekylære interaksjoner etter hva som er mulig med de funksjonelle gruppene som finnes Operasjonell definisjon av supermolekylære syntoner: Interaksjonsmønster mellom molekyler som går igjen i mange krystallstrukturer

25 Supermolekylære syntoner II

26 Strukturell robusthet En ønskelig egenskap for et supermolekylært synton er at det er strukturelt robust, dvs. at det dannes med høy sannsynlighet i mange krystallstrukturer Gir en viss grad av forutsigbarhet Eks.: Enkle aromatiske karboksylsyrer gir dimerer med nesten 90% sannsynlighet

27 Strukturell robusthet krystallstrukturen til terftalsyre

28 Hydrogenbindinger D D D A A A Multiple bindinger: Styrke Stivhet Komplemetaritet Fremme dannelse av A:B kontakter Unngå A:A og B:B Utfordring: lage 3-D strukturer D D D A A A 1-D ”tape”

29 Karboksylatgruppen

30

31

32 D A D A

33 A A

34 A A D D

35 Borsyre tetrabutylammonium 5-nitrohydrogenisophthalate 1,4-phenylenediboronic acid Rodriguez-Cuamatzi et al., 2005

36 Sykliske guanidineanaloger 3,4,6,7,8,9-Hexahydro-2H-pyrimido(1,2-a)pyrimidinium acetate Cotton & Timmons, 1998 guanidin kation

37 Noder Tetraedrisk eller oktaedrisk symmetry Stabile Relativt enkle å syntetisere

38 Adamantan- derivater Ermer & Lindenberg, 1990 Ermer, 1988 Adamantan

39 Adamantan- derivater

40

41 Fumarsyrekompleks

42 Krystaller som supermolekyler Lehn: ”Supermolecules are to molecules and the intermolcular bond what molecules are to atoms and the covalent bond” Krystallen til et organisk molekyl er et idealisert eksempel på et supermolekyl Periodisk nettverk av milliarder av molekyler holdt sammen av ikke-kovalente interaksjoner Med kunnskap om vekselvirkninger mellom molekyler kan vi vha. nøye utvalgte ”byggeklosser” lage 3-D nettverk med bestemte egenskaper Crystal engineering

43 Anvendelser Konstruksjon av polare materialer for anvendelser innen ikke-lineær optikk molekylære magneter porøse materialer for lagring molekylære siler sensorer molekylfangere biologiske modellsystemer katalysatorer og mye mer

44

45