Des chercheurs de l'Université de Kanazawa rapportent dans Chimie des communications que certaines molécules organiques pentagonales et hexagonales présentent un auto-tri. L'effet peut être utilisé pour développer des structures tubulaires multicouches qui préservent la géométrie des cavités initiales.

Les assemblages supramoléculaires sont des nanostructures résultant de la liaison de molécules entre elles, par des interactions intermoléculaires, en unités plus grandes. Une approche pour contrôler l'assemblage supramoléculaire implique l'auto-tri :molécules reconnaissant des copies d'elles-mêmes, et se lier avec eux. Maintenant, les résultats d'une collaboration interdisciplinaire entre le groupe supramoléculaire (Tomoki Ogoshi et ses collègues) le groupe de microscopie à force atomique (AFM) (Hitoshi Asakawa, Takeshi Fukuma, et collègues) du Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI) de l'Université de Kanazawa a montré que le comportement d'auto-tri peut découler du principe de complémentarité géométrique par la forme :dans un mélange de blocs de construction moléculaires pentagonaux et hexagonaux spécifiques, les pentagones se lient aux pentagones et les hexagones aux hexagones, et aucun mélange ne se produit.

Asakawa et des membres du groupe AFM ont mené des expériences avec des molécules appelées pilier[n]arènes, avec n =5 et n =6, correspondant aux formes pentagonales et hexagonales, respectivement. Les deux molécules se présentent sous deux « saveurs » :positivement (cationique) ou chargée négativement (anionique). Les molécules polygonales sont essentiellement des anneaux de 5 ou 6 unités organiques identiques, comportant chacun un anneau benzénique, mais la composition des motifs est différente pour les variantes cationique et anionique.

Ogoshi et ses collègues du groupe supramoléculaire ont laissé des arènes à pilier cationique (P[5]+ en notation abrégée) s'adsorber sur un substrat de quartz. De cette structure, ils ont pu faire croître des multicouches P[5]+/P[5]–/P[5]+/… en les immergeant alternativement dans des solutions de pilier[5]arène anionique et cationique. L'ajout d'une couche a été vérifié à chaque fois par des mesures de spectroscopie ultraviolet-visible. La structure globale résultante est un « nanomate » de structures tubulaires avec des pores pentagonaux. Des résultats similaires ont été obtenus pour les piliers[6]arènes :des empilements de couches cationiques et anioniques alternées des molécules hexagonales ont pu être facilement fabriqués. L'arrangement des piliers[n]arènes sur une surface a été étudié en collaboration avec le professeur Takanori Fukushima, Le professeur Tomofumi Tada et ses collègues du Tokyo Institute of Technology.

Ce que les scientifiques ont trouvé surprenant, c'est qu'il n'était pas possible d'empiler des blocs de construction pentagonaux et hexagonaux en essayant de construire une couche anionique sur une couche cationique (et vice versa). C'est une manifestation de l'auto-tri :seuls les polygones peuvent s'auto-assembler, même si les interactions ioniques entraînent la formation de structures en couches cation-anion.

Les chercheurs ont également examiné la structure de la première couche de molécules P[5]+ ou P[6]+ sur le substrat de quartz. Pour les molécules hexagonales, la structure de garnissage bidimensionnelle ne présentait pas d'ordre structurel à longue distance, alors que pour les molécules pentagonales, ça faisait. Ceci est en partie attribué à une densité plus faible pour ces derniers. Pour les 'nanomats' multicouches, la même tendance a été observée :ordre à longue distance pour les empilements pentagonaux. Les structures de garnissage dépendantes de la forme des anneaux ont été simulées par une simulation Monte Carlo en collaboration avec le professeur Tomonori Dotera de l'Université de Kindai.

L'effet d'auto-tri découvert par Ogoshi et ses collègues a des applications potentielles prometteuses. Citant les scientifiques :« Le défi ultime sera de propager des informations sur la forme de la cavité sur la surface pour fournir des matériaux d'adsorption et adhésifs reconnaissables par la forme. »

Pilier[n]arènes

Pilier[n]arènes, collectivement nommés piliers (et parfois piliers), sont des molécules organiques cycliques constituées de n unités dites hydroquinones, qui peut être substitué. Hydroquinone, également connu sous le nom de quinol, a la formule chimique C6H4(OH)2. Il se compose d'un cycle benzénique auquel sont liés deux groupes hydroxyle (OH) de part et d'autre de l'hexagone benzénique.

Le premier pillararene a été synthétisé en 2008 par Tomoki Ogoshi et ses collègues de l'Université de Kanazawa. Le nom de pillararène a été choisi car les molécules sont de forme cylindrique (en forme de pilier) et composées de fragments aromatiques (arènes).

Par ailleurs, Ogoshi et ses collègues ont montré que n =5 et n =6 piliers présentent des capacités d'auto-tri. Les versions cationiques et anioniques des molécules forment des structures tubulaires préservant la géométrie pentagonale ou hexagonale d'origine de la cavité pillararène.