Moleküler Rus Bebek, Kimyasal Sorunu Çözmeye Yardımcı Oluyor
Fotoğraf: Görüntü, fulleren C60’ın işlevselleştirilmesi için kullanılan moleküler matruşkayı göstermektedir. Çok kabuklu reaktör, bir futbol topuna (içinde fulleren molekülü), bir hulahop ve bir kafese benzeyen iç içe geçmiş üç moleküler yapıya dayanmaktadır.
İşlevselleştirilmiş Fulleren için Üç Kabuklu Bir Nanoreaktör
Katalan-Alman bir araştırma ekibi, kimyasal sentezde uzun süredir devam eden bir sorunu çözmek için üç kabuklu bir ‘matruşka’ mimarisini kullanmayı başardı. Girona ve Ulm’dan araştırmacılar, bir hulahopa sıkışmış bir futbol topu olarak hayal edilen ve sırayla bir kafese gömülü olan en iyi üç boyutlu iç içe moleküller yapısı geliştirdiler. Bu moleküler ‘matruşka’ yardımıyla moleküler futbol topları rekor bir verimlilikle en yeni nesil güneş pillerinde kullanılan ürünlere dönüştürülebilir.
Fullerenler eşsiz bir kimyasal türlerdir. Yapıları ve şekilleri bir futbol topunu andırır. Yalnızca bir atom kalınlığında olan ve son derece eşsiz ince bir tabaka olan saf karbondan oluşurlar. En yeni neslin organik güneş pilleri, bu moleküler futbol toplarının özel olarak işlevselleştirilmiş formlarını yük taşıyıcıları olarak kullanır.
“Şimdiye kadar, çok sayıda istenmeyen yan ürünün oluşması nedeniyle tam olarak işlevselleştirilmiş fullerenlerin üretimi çok zordu.” diyen Ulm Üniversitesi Organik Kimya Enstitüsü I başkanı Max von Delius, bu nedenle hedef moleküllerin özenle saflaştırılması gerektiğini ve bu onların yaygın uygulamaları için bir engel olduğunu açıklıyor. Girona Üniversitesi’nden Profesör Xavi Ribas ve Profesör Max von Delius tarafından yönetilen uluslararası araştırma ekibi, fulleren C60’ı herhangi bir karmaşık saflaştırma adımı gerektirmeyen ve genel olarak fazla verim elde edecek şekilde işlevselleştirmek için oldukça seçici bir yöntem geliştirdi. Trans-3 bisadduct adı verilen bir ürün için %90 – yeni bir rekor. Bir ‘matruşka’ bebeğini andıran üç kabuklu nanoreaktör, Nature Chemistry dergisinde yayınlandı.
‘Matruşka’, ince oyulmuş ahşaptan yapılmış bir Rus bebeğidir. İç içe geçmiş, giderek daha küçük ahşap bebeklerden oluşur. Profesör Xavi Ribas, “Araştırma ekibimiz moleküler matruşka ile farklı kimyasal reaksiyon alanlarını benzer şekilde iç içe geçirmeyi başardı” diye açıklıyor. Bu reaksiyon boşluğunun merkezinde, kimyasal olarak değiştirilecek olan futbol şeklindeki fulleren molekülü bulunur. Bu, bir boyutta dönüşünde dış kabuk tarafından sınırlanan ve bu nedenle fulleren yüzeyinin kısımlarını reaktiflerden koruyan dönen bir ‘nanohoop’ ile çevrilidir. Kimyasal ‘hulahop’, kararlı bir halka şeklinde moleküler yapı oluşturan döngüsel organik bileşiklerden oluşur. Futbol ve nanoçember yapısı, matruşkanın dış katmanını oluşturan moleküler bir “kafese” gömülüdür. Reaksiyon alanı üstte ve altta kapalıdır, ancak işlevselleştirme reaktiflerinin nanoreaktöre girebileceği dört bölgenin her birinde bir “pencereye” sahiptir.
Matryoshka ilkesinin kimyasal olarak gerçekleştirilmesi için moleküler mimarlar, ‘futbol topu’, ‘çember’ ve ‘kafes’ arasında hareket eden ‘pi-pi’ etkileşimleri gibi özel kimyasal kuvvetlerden yararlandılar ve böylece yapıya hem destek hem de belirli bir derecede esneklik verdiler. ‘Organik kimyanın özel bir alanı olan supramoleküler kimyada, kimyasal türlerin başkaları içinde kapsüllenmesi konuk mimarisi olarak bilinir. Ernest Ubasart (Girona Üniversitesi) ve Oleg Borodin (Ulm Üniversitesi), “’Matruşka’ tasarımımızla ilk kez bir kimyasal sentez sorununu çözmek için üç kabuklu bir konuk-konuk sistemi kullanmayı başardık.” diyor.
Çok kabuklu nanoreaktör, fullerenin hangi karbon bağlama bölgelerinin kimyasal modifikasyon için erişilebilir olduğunu tam olarak seçme görevine sahiptir. Bu işlevselleştirme, belirli işlevsel grupları taşıyan kimyasal uzantıları yerleştiren ekleme reaksiyonları olarak adlandırılan yollarla sağlanır. Araştırmacılar, “matruşka” mimarisini kullanarak belirli fulleren bis-adduct’ları mükemmel saflıkta sentezleyebildiklerini, oysa bu tip geleneksel reaksiyonların bir düzineden fazla istenmeyen reaksiyon ürününe yol açtığını vurguluyorlar.
Uluslararası Konferans Sırasında Eureka Anı
Alman-Katalan iş birliğinin nasıl oluştuğuna dair benzersiz bir hikayesi de var. ‘Xavi Ribas ve ben uluslararası bir araştırma konferansında tanıştık ve “poster oturumuna” katıldık. Xavi’nin araştırma grubunun bir üyesi olan Carles Fuertes’in bir posterini hemen fark ettim. Sunduğumuz projeyle aynı amaca sahipti, ancak tamamen farklı bir moleküler tasarıma dayanıyordu” diyor Profesör Max von Delius. Ortak tema, C60 molekülünün kesin işlevselleştirilmesiydi. Ulm ekibi uygun bir ‘nanohoop’ çözümü araştırırken, Girona Üniversitesi’ndeki Profesör Xavi Ribas’ grubu bir ‘kafes’ konsepti üzerinde çalışıyordu. Bununla birlikte, her iki yaklaşım da kendi başına bazı yönleri arzulanan bir şekilde akılda bırakmıştır. Öyleyse neden iki tasarımı birleştirmiyorsunuz? “Bu bilimsel iş birliği hepimiz için inanılmaz derecede heyecan vericiydi. Ne kadar heyecanlandığımızı ve iki afiş arasında gidip geldiğimizi hâlâ hatırlıyorum.” diye anlatıyor Ribas bu özel “Eureka” deneyimini. Sonunda, araştırmacılar sadece ‘futbol topu, çember ve kafes’ çözümünü elde etmekle kalmadılar, aynı zamanda bilimsel bir iş birliğinin parçalarının toplamından çok daha fazlası olduğunu da fark ettiler.
Kaynak: chemeurope.com
