Kam molekulyar massali organik gelatorlar - Low molecular-mass organic gelators

Kam molekulyar massali organik gelatorlar (LMOGlar) - bu juda yangi qo'llanilishi mumkin bo'lgan nisbatan yangi va dinamik yumshoq materiallar; LMOG'lar - bu iplar orasidagi erituvchini tuzoqqa soladigan, o'z-o'zidan yig'iladigan fibrillyar tarmoqlarni (SAFIN) tashkil qiluvchi monomerik kichik birlik.[1] SAFINlar LMOG monomerik kichik birliklari o'rtasida kuchli kovalent bo'lmagan o'zaro ta'sirlarning shakllanishidan kelib chiqadi. SAFINlar hosil bo'lishida uzun tolalar bir-biriga bog'lanib, hal qiluvchi molekulalarini ushlaydi. Erituvchi molekulalar tarmoq ichiga tushgandan so'ng, ular tomonidan immobilizatsiya qilinadi sirt tarangligi effektlar. Jelning barqarorligi quyidagilarga bog'liq muvozanat yig'ilgan tarmoq va eritilgan gelatorlar o'rtasida. LMOGning o'ziga xos xususiyati, uning barqarorligini namoyish etadi, bu uning tarkibida organik erituvchini o'z ichiga olish qobiliyatidir qaynash harorati keng hal qiluvchi-fibrillyar o'zaro ta'siri tufayli ushbu erituvchidan.[2] Jellar o'z-o'zidan yig'iladi kovalent bo'lmagan kabi o'zaro ta'sirlar b-stacking, vodorod bilan bog'lanish, yoki Van der Waalsning o'zaro ta'siri hajmini to'ldiruvchi 3D tarmoqlarini shakllantirish uchun. O'z-o'zini yig'ish gel hosil bo'lishining kalitidir va qaytariladigan bog'lanish hosil bo'lishiga bog'liq. Past molekulyar og'irlikdagi molekulaning LMOG hosil bo'lishiga moyilligi quyidagicha tasniflanadi: Minimal Gelatsiya Konsentratsiyasi (MGC). MGC eng past darajadagi gelator hisoblanadi diqqat barqaror jel hosil qilish uchun kerak. Jellarni hosil qilish uchun zarur bo'lgan gelator moddasi miqdorini minimallashtirish uchun pastroq MGC kerak. Super gelatorlarning MGC darajasi 1% dan kam.

Jellar bir nechta xususiyatlarga ko'ra tartibga solinishi mumkin. Jel manbai (tabiiy / sun'iy), jelning muhiti (organik / suvli / areo / xero), jelning konstitutsiyasi (makromolekulyar / supramolekulyar) va gel shakllarini o'zaro bog'lash turi (fizik / kimyoviy).

Ma'lumoti va ahamiyati

LMOGlar haqida birinchi marta 1930-yillarda xabar berilgan, ammo bu sohadagi yutuqlar tasodifiy kashfiyotlardan ko'ra ko'proq bo'lgan; chunki gel hosil bo'lishi haqida ozgina nazariy tushuncha mavjud edi. Shu vaqt ichida LMOGlar qalinlashtiruvchi moylash materiallari, bosma siyoh va napalm dasturlarini topdilar.[3] 1990 yillarning o'rtalariga qadar Hanabusa, Shinkay va Xemilton termoreversiyali molekulalararo amid-karbonil vodorod aloqalarini hosil qiladigan ko'plab LMOGlarni ishlab chiqquncha bu sohaga bo'lgan qiziqish bir necha o'n yillar davomida pasayib ketdi.[4] Hanabusa tomonidan ishlab chiqilgan LMOGlar va boshqalar. al qattiq jellarni, shu jumladan xloroformli jellarni shakllantirish uchun mos edi, ular kashf qilinishidan oldin gelatsiyaga chidamli edi. Ushbu yangi LMOGlar oqilona ishlab chiqilgan[5] va olimlar birinchi marta yangi LMOGlarni kashf etishlari mumkinligini birinchi marta namoyish etishdi supramolekulyar printsiplar. Ushbu dastlabki tadqiqotlar va ko'plab birikmalarning skriningidan amid-karbonil vodorod bog'lanishiga asoslangan termoreversiyali jellar uchun aminokislotalar tuzilishi, enantiopurity, hidrofilik -lypofil nisbati va ortib borishi peptid almashtirish turli xil yangi birikmalarning jellash qobiliyatiga katta ta'sir ko'rsatdi.

Ushbu sohada paydo bo'lgan ushbu printsiplar tadqiqotchilarga LMOG-ni turli funktsiyalarni sozlash imkoniyatini yaratishda muvaffaqiyatli bo'ldi. Bugungi kunda LMOG'lar noyob xususiyatlari uchun keng o'rganilgan. Ushbu yangi ishlab chiqilgan xilma-xillik qishloq xo'jaligi, dori-darmon etkazib berish, ifloslantiruvchi / og'ir metallarni qayta tiklash, lyuminestsent qurilmalar va kimyoviy zondlash sohasida LMOGlar uchun keng ko'lamli dasturlarni yaratishga olib keldi.

Jel shakllanishi va morfologiyasi

Isitish va sovutishda jel hosil qiluvchi LMOG suyuq aralashmasi.
Jel tayyorlash

LMOGlarning aksariyati tizim xususiyatlarini manipulyatsiya qilish orqali shakllanishi mumkin, masalan pH, hal qiluvchi, yorug'lik ta'sirida yoki tanishtirish orqali oksidlovchi yoki kamaytirish reaktivlar.[6] Tadqiqotchilar jelni muvaffaqiyatli shakllantirish bo'yicha ko'rsatmalar to'plamini taklif qilishdi[3]

1. Kuchli o'z-o'zini to'ldiruvchi va bir yo'nalishli molekulalararo o'zaro ta'sirlar mavjud bo'lishi kerak, bu 1-darajali o'z-o'zini yig'ishni amalga oshirishi mumkin.
2. Eriydigan tolalararo interfeys energiyasini eruvchanligini boshqarish va LMOG kristallanishining oldini olish uchun boshqarish kerak.
3. Elyafni o'zaro bog'laydigan tarmoq shakllanishiga turtki beradigan yana bir boshqa omil mavjud bo'lishi kerak.

An'anaga ko'ra, jel fazali o'tish qat'iy ravishda haroratga bog'liq. Ammo yaqinda (R) -18- (n-alkilamino) oktadekan-7-ollar (HSN-n) dan tashkil topgan suyuq bo'lmagan kristalli gelatorlar birinchi navbatda geldan jelga o'tish bosqichlariga o'tishlari isbotlandi; jelning turli morfologiyalariga olib keladi to'rt karbonli uglerod (CCl4).[7] Ushbu kashfiyotning o'ziga xosligi, bu tuzilishga kiradigan va chiqadigan erituvchi molekulalar ekanligi haqidagi fikrdan kelib chiqadi, bu esa turli xil strukturaviy morfologiyalarga olib keladi. Ilgari ma'lum bo'lgan boshqa barcha jel fazalari o'tishlari harorat o'zgarishi natijasida sodir bo'lgan va faqat bitta oldingi holat ushbu turdagi erituvchiga bog'liq morfologik o'zgarishni hujjatlashtiradi. Ammo, hatto N-izopropilakrilamid holatida ham gidrogellar konformatsion o'zgarishlarga uchragan (ularning polimer zanjirlarini buklash va ochish); bu faqat haroratga bog'liq jarayon natijasida yuzaga keldi, buning natijasida suv molekulalari, strukturaning yonida, tuzilishga kirish yoki chiqish.[8][9][10][11]Shakllangan gelatsiya matritsasining barqarorligi yig'ilgan tarmoq va erigan gelator agregatlari o'rtasidagi muvozanatga bog'liq. LMOG'lar funktsional jihatdan har xil va ular qutbli va qutbsiz mintaqalardan iborat bo'lishi mumkin (amfifillar ).

Elektron mikroskopni skanerlash

Kam molekulyar vaznli gelatorning SEM

Elektron mikroskopni skanerlash tadqiqotchilar uchun past molekulyar massali gelning strukturaviy xususiyatlarini aniqlash uchun foydali vosita hisoblanadi. Ushbu jellar turli xil tuzilmalarni namoyish etadi; tolali iplardan (har xil uzunlikdagi) lentalar va naychalarga. Ushbu jellarning tuzilishi erituvchi yoki suvni gelga keltirish qobiliyatining asosiy omilidir. Ularning uchinchi darajali tuzilishi gelning kritik gelatsiya kontsentratsiyasini aniqlaydi.

Reologik o'lchovlar

Odatda, reologiya modda ichidagi moddalar oqimini o'rganish uchun ishlatiladi. Moddani jel deb hisoblash uchun u reologik o'lchovlar bilan tavsiflanganda qattiq xususiyatlarga ega bo'lishi kerak. Reologik tavsif, materialning deformatsiyaga chidamliligini o'lchash uchun stressni qo'llash orqali materiallarni sinab ko'radi. Reologik o'lchovlardan jelni "kuchli" yoki "zaif" jel deb tasniflash mumkin. Ushbu tasnif ma'lum bir jeldagi gelator molekulalari o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarning kuchini ta'kidlaydi. "Zaif" jel ko'pincha haqiqiy jel deb hisoblanmaydi, chunki u faqat qattiq moddaga o'xshash materialning reologik xususiyatlariga mos kelmaydi. Buning o'rniga "zaif" jellar odatda yaxshiroq tasniflanadi viskoelastik suyuqliklar.

Ushbu farq natijasida, ushbu jel sinflari tomonidan hisoblab chiqilgan turli xil egiluvchanlikni namoyish etadi elastik modul, turli xil stress omillari ostida turli xil materiallarning elastikligini bashorat qilishning matematik modeli. The qirqish moduli (G) "kuchli" jel energiyaning "zaif" jellarga qaraganda kichikroq tarqalishini va "kuchli" jelning G qiymatlari platosini uzoq vaqt davomida namoyish etadi.[12] Bundan tashqari, vaqti-vaqti bilan tabiiy biopolimer gellarni sintetik LMOG bilan solishtirish uchun turli xil gellarning reologik xususiyatlaridan foydalanish mumkin.[13]

Jel va erituvchining o'zaro ta'siri

Tadqiqotchilar yangi LMOGlarni ishonchli tarzda bashorat qila olmadilar. Yangi gelator materiallarini bashorat qilishning asosiy jihati gel molekulalari va erituvchi o'rtasidagi o'zaro ta'sirni tushunishdir. LMOGlar uchun eng keng tarqalgan erituvchilar tabiatan organikdir va natijada organogellar. Juda kam uchraydi gidrogellar, yoki erituvchi sifatida suv bilan hosil bo'lgan jellar.[14] Turli xil parametrlardan foydalangan holda jel va erituvchi ta'sirining miqdorini aniqlashga bir necha bor urinishlar qilingan:

The bitta yoki ko'p komponentli eruvchanlik parametri (δ) erituvchining gelatsiyalashga qanchalik mos kelishi haqida tushuncha berishi mumkin. Gelator / erituvchi tizimiga qarab, yuqori eruvchanlik parametri gelning yuqori yoki past termal barqarorligini ko'rsatishi mumkin.[15]
The dielektrik doimiy (ε) asosiy qismini aks ettiradi kutupluluk erituvchi[16]
The Dimroth-Reichardt parametri (ET(30)) erituvchining ionlashtiruvchi kuchining o'lchovidir.[17]
The Kamlet-Taft erituvchisi parametrlari o'rnatmoq solvatoxromik alohida o'lchaydigan munosabatlar vodorod aloqasi donor (a), vodorod bog'lanish akseptori (b) va qutblanuvchanlik (π*) erituvchilar.[17]
The Hildebrand parametri erituvchi ichida bo'shliq hosil qilish uchun sarflanadigan energiyani o'lchaydi.[17]

Ilovalar

Qishloq xo'jaligi sanoati

Feromon chiqaradigan qurilmalar[18] Yuqori uchuvchanlikni boshqariladigan chiqarilishiga erishish uchun bir nechta suv omborlari turidagi boshqariladigan bo'shatish moslamalari (CRD) ishlab chiqilgan feromonlar qishloq xo'jaligi sharoitida; ular orqali harakat qilishlari mumkin edi pestitsidlar vegetatsiya davrida.[19][20][21] Hozirgi CRD-lar bilan bog'liq bir nechta kamchiliklar mavjud, chunki ular ko'p bosqichli tayyorgarlik protokollarini o'z ichiga oladi, past feromonni ushlab turish qobiliyatini namoyish etadi biologik parchalanadigan va siqilgan yoki singan holda feromonlarning oqishini namoyish eting. Ushbu funktsional muammolarni hal qilish uchun shakar spirtiga asoslangan amfifilik super-gelator, mannitol diokanoat (M8), feromonlarni samarali jelga keltiradigan, 2-geptanon va lauril asetat. Mititsid, 2-heptanon parazit kana, varroani boshqaradi (Varroa destruktori ), asal ari uchun javobgardir (Apis mellifera L) koloniyani yo'q qilish.[22][23] Tadqiqotchilar ushbu supergelatorning qo'llanilishini bug 'to'sig'i-plyonkali muhrlangan sumkada 2-heptanonli geldan tashkil topgan suv ombori tipidagi CRD-ni ishlab chiqish orqali ishlab chiqdilar va keyinchalik bug' to'sig'i orqali kichik teshik ochib faollashtirdilar. CRD yuqori yuk ko'tarish qobiliyatiga ega, og'irligi wt / wt bo'lgan 92% yuqori biokompatibillikka ega bo'lgan kichik moslamalarni qurishga imkon beradi, chunki M8 mannitol va yog 'kislotalaridan iborat bo'lib, u ham biologik bo'lib parchalanadi.

Giyohvand moddalarni etkazib berish

Tadqiqotchilar shakllantirish qobiliyatiga ko'ra sikloheksan trisamidlar deb ataladigan molekulalar sinfiga tegishli LMOGlarni o'rganmoqdalar gidrogellar. Qo'shish orqali funktsional guruhlar gelator molekulasiga, tadqiqotchilar gelatsiya xususiyatlarini sozlashlari mumkin. Jellar harorat o'zgarganda yoki suyuq holatga o'tganda suyuq holatga o'tadi pH [24] Buni bir qadam oldinga olib, tadqiqotchilar an aminokislota va gel molekulasiga namunaviy dori va qo'shilgan ferment jel matritsasiga. Qachon harorat yoki pH o'zgartirildi, jel molekulalari suyuqlik fazasiga kirdi aminokislota va dori molekulasini gel molekulasidan ajratish mumkin ferment. Tadqiqotchilar ushbu LMOG'lardan bir kun tez, ikki bosqichli dori tarqatish tizimi sifatida foydalanish mumkin deb hisoblashadi.[25]

Ifloslantiruvchi / og'ir metallarni tozalash

2010 yilda tadqiqotchilar neftning to'kilishini oldini olish va davolash uchun fazali selektiv gelatorlarni ishlab chiqdilar. Ular dizel, benzin, nasos, mineral va silikon moylarini jellash qobiliyatiga ega bo'lgan LMOG sinfini ishlab chiqdilar. Ushbu LMOGlar shakar spirtlari, mannitol va sorbitol. Ushbu shakar spirtining hosilalari ideal edi, chunki ular biologik, parchalanadigan, arzon va toksik emas. Yog 'jel tolalari tomonidan qabul qilinganidan keyin; undan keyin uni jeldan ajratib olish mumkin vakuumli distillash va bundan tashqari gelatorni qayta ishlash mumkin.[26]

Luminescent qurilmalar

Ba'zi jellar kabi lyuminestsent qurilmalarda ishlatilishi mumkin OLED va / yoki lyuminestsent datchiklar. OLED tipidagi LMOGning bir misoli - bu mono-almashtirilgan etinil-piren. Ushbu gelator DMF, toluol yoki sikloheksan bilan barqaror jel hosil qilib, uning lyuminesansini saqlaydi. Ushbu jellarning yana bir muhim xususiyati shundaki, ular yuqori zaryad tashuvchisi harakatchanligini saqlaydi. Bu shuni anglatadiki, jel elektron lyuminestsent qurilmada etarli oqim o'tkazishi mumkin.[27]

Bundan tashqari, lyuminestsent jellardan datchik sifatida foydalanish mumkin. Ushbu datchiklar har xil bo'lgan joyda barqaror lyuminestsent jel hosil qilish orqali ishlaydi analitiklar. Ftor anionlarini sezish uchun lyuminestsent jelning bir misoli Prasad va Rajamalli tomonidan taqdim etilgan. Ushbu misolda [antrasen] biriktirilgan yadroli aril efirga biriktirilgan poli (aril efir) dendronlardan foydalaniladi. Turg'un sariq jel hosil bo'lganda (normal gelatsiya sharoitida), agar ftor jel ishtirokida kiritilsa, jel solga o'tish uchun jeldan o'tib, qizil rangga aylanadi. Suyultirilgan analit ishtirokida rang o'zgarishini vizual ravishda aniqlay olish LMOG materiallarini istiqbolli maydonda qo'llash hisoblanadi.[28]

Kimyoviy sezgirlik

Molekulyar gellarni tashqi stimullarga, ya'ni yorug'lik, issiqlik yoki kimyoviy moddalarga nisbatan sezgirlash mumkin. Shuningdek, LMOG'larni gelator molekulasiga retseptorunit yoki spektroskopik faol birlik kiritilishi orqali sezgir qilish mumkin.[29] Yaqinda simob sensori vazifasini bajaradigan turli xil kinoksalinonlar ishlab chiqarildi, ular jel hosil qilganda ligandlar simobdan murakkab.[30] Molekulani azot oksidi bilan oksidlangandan so'ng oksidlangan ligandni eritib yuborganingizda rejasiz dihidropiridin hosilasi gelga keltirildi. DMSO / suv va keyin aralashmani isitish va sovutish. Ushbu jel foydali dasturga ega, chunki u azot oksidi sensori vazifasini bajarishi mumkin.[31]

Shuningdek qarang

Airgel

Nanogel (izolyatsiya) mo

Jel o'tkazuvchanligi xromatografiyasi

Reologiya

Adabiyotlar

  1. ^ Frkanec, L .; Zinic, M. Chiral bis (aminokislota) - va bis (amino spirt) -oksalamid Gelatorlar. Gelatsiya xususiyatlari, o'zini o'zi yig'ish motivlari va chiralik effektlari ". 2010 Kimyoviy. Kommunal. 46, 522-537.
  2. ^ Hafkamp, ​​R. J. H.; Feyters, M. S .; Nolte, R. J. 1999 J. Org. Kimyoviy. 64, 412.
  3. ^ a b Esch, J. H. Biz molekulyar gelatorlarni loyihalashimiz mumkin, ammo biz ularni tushunamizmi? 2009 Langmuir 25(15), 8392-8394.
  4. ^ Xanabusa, K .; Tange, J .; Taguchi, Y .; Koyama, T .; Shirai, H.S Organik suyuqliklarni qattiqlashtiradigan molekulyar jelleşme agentlari: N-benziloksikarbonil-L-valil-L-valinning alkilamidi 1993 J. Chem. Soc. Kommunal., 390.
  5. ^ Supramolekulyar jelleşme agentlari: ular ishlab chiqilishi mumkinmi? P Dastidar, Kimyoviy. Soc. Rev., 2008,37, 2699-2715
  6. ^ Bai, H.; Li, C .; Vang X.; Shi, G. A pH sezgir grafen oksidi kompozit gidrogel 2010 Kimyoviy. Kommunal. 46, 2376-2378.
  7. ^ Malliya, V.A .; Butler, P. D .; Sarkar B.; Xolman, K. T .; Vayss, R. G. "(R) -18- (n-alkilamino) oktadekan-7-ollarning o'z-o'zidan yig'iladigan fibrillyar tarmoqlaridagi qaytariladigan fazali o'tish ularning uglerod tetraklorid jellarida" 2011 J. Am. Kimyoviy. Soc. 133, 15045-15054.
  8. ^ Shild, H. G. 1992 Prog. Polim. Ilmiy ish. 17, 163–249.
  9. ^ Xirokava Y.; Tanaka, T. J. 1984 Kimyoviy. Fizika. 81, 6379–6380.
  10. ^ Chjan, X.-Z .; Xu, X.-D .; Cheng, S.-X.; Chjuo, R.-X. 2008 Yumshoq materiya 4, 385–391.
  11. ^ Qiu, Y .; Park, K. 2001 Adv. Giyohvand moddalarni etkazib berish bo'yicha vah. 53, 321–339.
  12. ^ Terech, P .; Vayss, R. G. Organik suyuqliklarning past molekulyar massa gelatorlari va ularning gellarining xususiyatlari "Chem. Rev." 1997, 97, 3133-3159.
  13. ^ Burchard, V.; Ross-Merfi, S. B. "Fizik tarmoqlar, polimerlar va jellar" Elsevier: London, 1990
  14. ^ Tritt-Gok, J .; Bilejevskiy, M.; Luboradzki, R. 2011 Tetraedr, 67, 8170-8176
  15. ^ Xanabasu, K .; Matsumoto, M.; Kimura, M,; Kakehi, A .; Shirai, H. 1999 Kolloid interfeysi fanlari, 224, 231-244
  16. ^ Bilejevskiy, M.; Lapinski, A .; Lyuboradzki, R .; Tritt-Gok, J. 2009 Langmuir, 25, 8274-8279
  17. ^ a b v Myuller P. "Jismoniy organik kimyoda ishlatiladigan atamalar lug'ati" 1994 Sof va amaliy kimyo 66(5), 1077-1184
  18. ^ Jadxav, S. R .; Chiou, B .; Vud, D. F.; DeGrande-Xofman, G.; Glenn, G. M.; Jon, G. "Feromonlar uchun molekulyar jellarga asoslangan boshqariladigan ajratuvchi qurilmalar" 2011 Yumshoq materiya 7, 864-867.
  19. ^ Shorey, H. H .; Sisk, C. B .; Gerber, R. G. 1996 Atrof. Entomol. 25, 446.
  20. ^ Glenn, G. M.; Klamchinski, A. P.; Shey, J .; Chiou, B. S .; Xoltmann, K. M.; Vud, D. F .; Lyudvik, S .; DeGrandi-Xofman, G.; Orts, V.; Imom, S. 2007 Polim. Adv. Texnol. 18, 636.
  21. ^ Yosha, I .; Shani, A .; Magdassi, S. 2006 J. Agric. Oziq-ovqat kimyosi. 56, 8045.
  22. ^ Sammataro, D .; Finli, J .; LeBlanc, B .; Vardell, G.; Axumada-Segura, F.; Kerol, J. M. 2009 J. Agric. Res. 48, 256.
  23. ^ Gashout, H. A .; Guzman-Novoa, E. 2009 J. Agric. Res. 48, 263.
  24. ^ K. J. C. van Bommel va boshq., 2004 Angew. Kimyoviy. Int. Ed., 43, 1663-1667
  25. ^ K. J. C. van Bommel, M. C. A. Styuart, B. L. Feringa, J. van Esch., 2005 Org. Biomol. Kimyoviy., 3, 2917-2920
  26. ^ Jadxav, S. R .; Vemula, P. K .; Kumar, R .; Raghaven, S. R .; Jorj, J. 2010 Angew. Kimyoviy. Int. Ed. 49, 7695-7698.
  27. ^ Direktor, S .; Kamerel F.; Donnio, B.; Dintzer, T .; Toffanin, S .; Kapelli, R .; Muchini, M.; Ziessel, R. "Optoelektronik qurilmalar uchun lyuminestsent etinil-piren suyuq kristallari va gellari", 2009, J. Am. Kimyoviy. Soc., 131, 18177-18185.
  28. ^ Rajamalli, P .; Prasad, E. "Ftorli ionlarni aniqlash uchun past molekulyar vaznli floresan organogel", 2011, Org. Lett., 13, 3714-3717.
  29. ^ Sangeetha, N. M.; Maitra, U. "Supramolekulyar gellar: funktsiyalari va ishlatilishi" 2005 Kimyoviy. Soc. Rev. 34, 821-836.
  30. ^ King, K. N .; McNeil, A. Chem. Kommunal. 2010, 46, 3511-355
  31. ^ Chen, J .; McNeil, A. J. Am. Kimyoviy. Soc. 2008, 130, 16496–16497

Tashqi havolalar