La commutation réversible des molécules macrocycliques entre une phase liquide et une phase solide lors de l'exposition à la vapeur a été rapportée dans le Journal de l'American Chemical Society par des chercheurs de l'Université de Kanazawa.

La transition entre une phase solide et une phase liquide, un processus clé dans la vie quotidienne et la science des matériaux, est généralement entraîné par un changement de température ou de pression. Cependant, un changement d'état réversible causé par d'autres stimuli est également possible :par exemple, la lumière a été utilisée pour induire des transitions solide-liquide.

Tomoki Ogoshi de l'Université de Kanazawa au Japon et ses collègues ont étudié des molécules de pilier[n]arène - des molécules en forme de pilier qui ont été signalées pour la première fois par leur groupe de recherche - auxquelles des groupes fonctionnels peuvent être ajoutés pour modifier leurs propriétés physiques. Présentation du 12 n-hexyle (C 6 H 13 ) les chaînes dans les molécules transforment le système en un liquide structurel à température ambiante, C'est, un système avec un certain degré d'ordre à l'échelle nanométrique mais sans structure périodique (Figure 1). Le liquide se solidifie lorsqu'il est exposé à une vapeur invitée, dont les molécules remplacent les substituants n-hexyle dans les cavités des molécules en forme de pilier. À la fois, les substituants situés à l'extérieur des cavités cristallisent. Le résultat est que, sur une échelle de temps de quelques secondes, le système se solidifie et le liquide transparent se transforme en un solide trouble.

En tant que vapeur invitée concurrente, les auteurs ont utilisé du cyclohexane, car il s'insère dans les cavités des molécules en forme de pilier et est facile à éliminer en chauffant l'échantillon sous pression réduite, un processus qui entraîne le retour du système moléculaire à l'état liquide. Les processus d'adsorption et de désorption sont caractérisés par des mesures de résonance magnétique nucléaire, alors que la structure du système est étudiée par diffraction des rayons X.

Les auteurs ont également étudié l'absorption d'autres vapeurs organiques par le liquide structurel, observant que l'exposition à des molécules qui pourraient être absorbées dans les pores des molécules en forme de pilier a toujours entraîné une transition vers une phase solide, alors que la transition de phase n'a pas été observée pour l'exposition aux gaz qui avaient une faible absorption par le liquide structurel.

Ce système peut être utilisé comme détecteur de vapeurs d'alcanes, un appareil inhabituel. "En raison de la sélectivité de la vapeur, nous postulons que le changement d'état induit par la vapeur peut être appliqué aux nouveaux systèmes de détection de vapeur, " commentent les auteurs. " Une autre application concerne les matériaux d'adhérence utilisant le changement d'état induit par la vapeur d'invité. "

Fond

Chimie hôte-invité :la chimie supramoléculaire est une branche de la chimie qui étudie les systèmes chimiques composés de plusieurs molécules, décrivant leur interaction, qui sont essentiels à de nombreux processus biologiques. Les interactions hôte-invité en sont un exemple :c'est le type d'interaction à l'œuvre lorsqu'une molécule hôte forme un composé chimique avec une molécule ou un ion invité sans l'implication de liaisons covalentes. Ce type d'interaction peut être exploité, par exemple, dans les systèmes d'administration de médicaments dans lesquels la présence de l'hôte augmente la solubilité et la disponibilité du médicament (l'invité).

Pilararènes :molécules de macrocycle qui tirent leur nom de leur forme en pilier. Les cavités de ces molécules peuvent héberger des molécules pauvres en électrons. Certaines de ces molécules ont un potentiel pour des applications biomédicales, mais aussi pour l'absorption de gaz, liquides ioniques et matières organiques électroluminescentes.