Чаши каликсарена открыты для газообразных гостей

19 декабря 2006

Всем хорошо известный каликсарен раскрывает новые свойства. Обычно кристаллы этих веществ не могут абсорбировать газообразные соединения. Однако исследователи из Университета Миссури (Колумбия) продемонстрировали, что после легкой подстройки структуры каликсарена он получает способность быстро и обратимо абсорбировать ацетилен и углекислый газ. Разработка американских ученых открывает возможность использования каликсаренов и сходных материалов для разделения или хранения газообразных веществ.

Каликсарен демонстрирует новый способ сорбции газов. Поведение этого вещества заставляет нас пересмотреть обычные представления о твердых веществах молекулярного строения. Ранее общепринятым было мнение о том, что эти соединения имеют крайне низкий потенциал в качестве абсорбирующих материалов.

Исследованное учеными из Миссури твердое вещество представляло собой конформационно неоднородную смесь пара-трет-бутилкаликс[5]аренов –чашеобразных молекул, способных удерживать в полости молекулы «гостей», например, молекул толуола. Профессор химии Университета Миссури Джерри Атвуд (Jerry L. Atwood) с соавторами обнаружил, что при полном насыщении смеси каликсаренов толуолом сорбция газов невозможна.

Полное очищение каликсареновых полостей от толуола в результате нагревания также не приводит к появлению возможности абсорбции газов. Удаление молекул-гостей из полости каликсаренов-хозяев приводит к тому, что твердые вещества меняют кристаллическую структуру твердого материала таким образом, что трет-бутильные группы одних молекул каликсареновых молекул заполняют полости других.

Атвуд и его исследовательская группа показали, что даже очень небольшое количество молекул толуола, оставшихся в кристаллах материала, могут предотвратить структурный «коллапс» каликсарена. Оставшиеся молекулы толуола способствуют тому, что в структуре каликсаренов остается большое количество свободных полостей, способных акцептировать молекулы газообразных веществ.

Предполагаемый метод для предотвращения «коллапса» каликсареновых полостей. (1) Полное испарение всех молекул толуола может быть предотвращено за счет сильного межмолекулярного взаимодействия CH связей трет-бутильных групп с пи-системой толуола (2) Молекулы пара-трет-бутилкаликс[5]арена могут коллапсировать в пустые полости в результате каскадного процесса «самовключения» одних молекул каликсарена в полости других. (По материалам JACS)

Каликсарен с частично удаленным из полостей толуолом легко поглощает ацетилен и с несколько меньшей эффективностью может сорбировать метан или углекислый газ, но не поглощает кислород или азот. Селективность в поглощении газов может быть использована для разделения газовых смесей.

Источник: J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 15060.