Jyväskylän yliopiston kemian laitoksen ja nanotiedekeskuksen tutkijat ovat onnistuneet valmistamaan joustavia kuppimaisia molekyyleja, jotka säilyttävät ominaisuutensa sekä kiinteässä tilassa että liuoksessa.
Molemmissa olosuhteissa molekyylit kiertyvät itsensä ympärille.
Kuppimaisia resorsinareeneja eli aromaattisista hiilivedyistä koostuvia rengasmaisia molekyyleja muodostuu samantyyppisessä reaktiossa kuin synteettiset fenolihartsit.
Yhdisteet sopivat isäntämolekyyleiksi, jotka sitovat sisälleen positiivisesti varautuneita metallikationeja, ammoniumioneja tai neutraaleja vierasmolekyyleja, kuten tolueenia, heikkojen kemiallisten vuorovaikutusten avulla.
Tuloksia voidaan hyödyntää esimerkiksi molekyylisensoreissa, lääkeaineiden kuljettimissa ja nanomateriaaleissa.
Linkkiryhmä vaikuttaa molekyylin muotoon
Kun tutkijat liittivät resorsinareenin runkoon tolueeniryhmiä hiilivedystä koostuvan käsivarren avulla, linkittävän ryhmän kemiallinen koostumus vaikutti molekyylin muotoon.
Rikkiä ja happea sisältävän sulfonyyliryhmän välityksellä kiinnitetty tolueeniryhmä kiertyi molekyylikupin sisään.
Sen sijaan pelkällä hiilivetyryhmällä kiinnitetty tolueeniryhmä oli vapaa liikkumaan myös molekyylikupin ympärillä.
Kaksi eri analyysimenetelmää
Tutkijat analysoivat molekyylin sisäisiä heikkoja kemiallisia sidoksia kiinteässä tilassa röntgenkristallografian avulla.
Näin he saattoivat osoittaa, että hyvin heikotkin vuorovaikutukset olivat merkityksellisiä molekyylien rakenteen kannalta.
Liuoksessa molekyyleja tutkittiin ydinmagneettisen resonanssispektroskopian (NMR) avulla, jolloin tutkijat havaitsivat, että joustavien molekyylien liike hidastui merkittävästi –80 celsiusasteen lämpötilassa.
Tämän ansiosta he kykenivät tutkimaan myös kuppiin liitettyjen tolueeniryhmien sijaintia.
Muotoa liuoksessa ei voi arvata
Molekyylien kiderakenteet antavat luotettavaa tietoa molekyylien muodosta ja heikoista kemiallisista vuorovaikutuksista kiinteässä tilassa.
”Tilanne muuttuu, kun rakenteeltaan joustava molekyyli laitetaan liuokseen, jossa se voi vapaasti liikkua. Silloin sen muotoa ei yleensä pysty suoralta kädeltä arvaamaan”, sanoo akatemiatutkija Kaisa Helttunen tiedotteessa.
”Siksi olimme erittäin tyytyväisiä, että tässä tutkimuksessa onnistuimme selvittämään molekyylien rakenteen myös liuostilassa.”
Tutkimuksen julkaisi Chemistry – A European Journal -lehti.
(Kuva Jyväskylän yliopisto/Kaisa Helttunen) Kuppimaiset resorsinareeni-molekyylit kiertyvät itsensä ympärille sekä kiinteässä tilassa että liuoksessa.
MAINOS
Tilaa Kemia-lehti, saat lahjaksi käsidesin!
- Kiitä opettajaa ja lahjoita lehti kouluun – 29 euroa
- Kannusta koululaista tai opiskelijaa lehtilahjalla – 49 euroa
- Tilaa lehti itsellesi tai lahjaksi läheiselle – 69 euroa
- Saat lahjaksi innovatiivisen, kotimaisen Nolla-käsidesin. Lue lisää: Käsidesivaahto tehoaa myös koronavirukseen.
- Kampanja jatkuu 30.6.2020 asti.
Katso lisätiedot ja tartu tarjoukseen.
Tilaamalla lehden tuet kotimaista työtä, tutkimusta ja journalismia.
