Light-directed trapping of metastable intermediates in a self-assembly process


- 자가 조립 과정에서의 준안정한 중간체의 빛을 사용한 분리 방법 (Nat. Commun., 2020, 11, 6260)

 


초록

Self-assembly is a dynamic process that often takes place through a stepwise pathway involving formation of kinetically favored metastable intermediates prior to generation of a thermodynamically preferred supramolecular framework. Although trapping intermediates in these pathways can provide significant information about both their nature and the overall self-assembly process, it is a challenging venture without altering temperature, concentrations, chemical compositions and morphologies. Herein, we report a highly efficient and potentially general method for "trapping" metastable intermediates in self-assembly processes that is based on a photopolymerization strategy. By employing a chiral perylene-diimide possessing a diacetylene containing an alkyl chain, we demonstrated that the metastable intermediates, including nanoribbons, nanocoils and nanohelices, can be effectively trapped by using UV promoted polymerization before they form thermodynamic tubular structures. The strategy developed in this study should be applicable to naturally and synthetically abundant alkyl chain containing self-assembling systems. Knowledge about kinetically favored intermediate states in self-assembly processes can provide information about the self-assembly process but trapping these states without changing the reaction conditions is challenging. Here, the authors report a method for trapping metastable intermediates in self-assembly processes that is based on a photopolymerization strategy.




본 연구에서 Diacetylene이 도입된Perylenediimide(PDI) 유도체는 π-π 상호작용을 기반으로 자가 조립체를 만들며, 자가 조립 과정에서 다양한 나노구조체를 만든다. 반응 초기에는 nanoribbon 구조가 반응속도론적으로 빠르게 만들어지고, 시간이 지나면 nanoribbon이 단위체로 분해되어 nanohelix를 만들고, nanohelix는 열역학적으로 안정한 nanotube를 최종적으로 형성한다. 이와 같은 일련의 나노구조체의 구조 변화는 가역적으로 일어나며, 시간이 지나면 열역학적으로 안정한 nanotube로 모두 변환된다. 자가 조립 과정에서 중간체로 생성되는 준안정한 나노구조체(nanoribbon, nanohelix)를 선택적으로 분리하는 것은 중요하다. 또한, 매우 흥미롭게도 키랄 PDI 유도체는 자가 조립 과정에서 키랄성 역전이 일어나는 것이 관찰되었다. Diacetylene (DA) unit이 도입된 PDI 단위체로 만들어진 자가 조립체의 경우 빛을 조사하면 DA unit이 광반응을 통해서 polydiacetylene을 형성하며, 나노구조체의 가역적이 구조 변화가 사라진다. 이와 같은 DA unit의 광반응을 활용하면, 자가 조립 과정에서 만들어지는 나노구조체를 선택적으로 분리할 수 있음을 보였다.


DOI : 10.1038/s41467-020-20172-6