No grupo de pesquisa do Prof. Feihe Huang na Universidade de Zhejiang, nos concentramos em descobrir a química supramolecular para funcionalização e aplicações. Iniciamos esse projeto sobre a pesquisa interdisciplinar entre química supramolecular e materiais de estrutura cristalina há três anos. Neste projeto, elevamos o conceito de “encaixe supramolecular” e usamos essa estratégia para resolver o problema da determinação da estrutura de moléculas de porte de alquil. Até onde sabemos, esta é a primeira vez que uma solução geral para o problema de resolver as estruturas de raios-X das moléculas “oleosas” está sendo relatada.
Motivação e os principais desafios: A determinação da estrutura é uma pedra angular da pesquisa química. Indiscutivelmente, a análise de difração de raios X de cristal única (SCXRD) fornece o método mais acessível e preciso para determinação da estrutura. Como o nome indica, o SCXRD requer amostras cristalinas. Em muitos casos, isso não é problemático. Infelizmente, a aplicabilidade do SCXRD é limitada no caso de amostras não cristalinas, incluindo aquelas que existem como líquidos ou que tendem a formar óleos ou produzir fases policristalinas durante o crescimento de cristal único. Essa limitação pode ser superada impondo a ordem às espécies moleculares não cristalinas. No trabalho seminal, Fujita e colegas de trabalho relataram o chamado método de esponja cristalina (CS) para a determinação da estrutura de difração de raios-X (DRX) de pequenas moléculas com uma baixa propensão a formar cristais únicos. Essa estratégia depende da acomodação de um analito dentro dos poros de vazios intersticiais cristalinos ligados a metallic through múltiplas interações fracas e provou ser uma ferramenta poderosa para determinar as estruturas cristalinas de numerosos compostos não cristalinos. Em 2016, o grupo Yaghi relatou uma estratégia de alinhamento baseada em metal-orgânica (MOF) que permitiu análises estruturais de moléculas de moléculas com grupos ligantes, como carboxilatos. Por mais poderosos que sejam, as atuais abordagens de determinação da estrutura baseadas em CS e MOF estão sujeitas a limitações que afetam sua aplicabilidade. Por exemplo, eles não se mostraram rotineiramente eficazes para resolver as estruturas de moléculas com longas cadeias de alquil. As moléculas com esses motivos são frequentemente encontradas em produtos e medicamentos naturais. Eles geralmente são difíceis de cristalizar e podem produzir estruturas desordenadas, mesmo quando incluídas em CSS ou MOFs. Uma abordagem que pode superar essa limitação é encomendar moléculas longas contendo cadeia alquil em estruturas sólidas through interações específicas do host -sugest. Para nosso conhecimento, os materiais de porte do receptor adequados para esse fim ainda não foram relatados. O pilar (5) Arenes é uma classe bem estudada de receptores supramoleculares, que são notáveis por sua capacidade de formar complexos com convidados contendo cadeia alquil. Assim, consideramos que sua integração nos MOFs forneceria materiais rígidos dotados de locais de encaixe que, por sua vez, poderiam permitir a ordem da estrutura e, portanto, a análise SCXRD de moléculas alvo contendo longas cadeias alquil. Este estudo foi realizado como um teste dessa hipótese.
Principais resultados: Neste trabalho, mostramos que MOFs incorporados ao pilar (5) podem ser usados para capturar moléculas contendo cadeia alquil de uma maneira que permita sua análise estrutural through Scxrd. De acordo, ETP5-MOF-2 Foi encontrado para atuar como uma “doca supramolecular” particularmente eficaz para esse alvo devido à sua cristalinidade, robustez estrutural e forte afinidade por convidados longos contendo cadeia alquil. O poder desse método de “encaixe supramolecular” é ilustrado através da determinação da estrutura baseada em SCXRD de 48 moléculas de contenção de cadeia alquil, incluindo um medicamento aprovado pela FDA, Dojolvi. Além disso, em contraste com os procedimentos de troca de solventes complicados e demorados nos métodos anteriores baseados em CS e MOF, nossa abordagem de “encaixe supramolecular” facilita a rápida incorporação de moléculas de hóspedes em estruturas dentro de 10 minutos através do processo de reconhecimento molecular mais rápido do hospedeiro. Aproveitando esses méritos, a estrutura cristalina de um composto instável de sulfeto de alceno é determinado com sucesso. Notavelmente, para confirmar a eficácia de nosso método na determinação das estruturas de compostos desconhecidos, também são realizados experimentos cegos. 14 compostos podem ser determinados sem ambiguidade por nossa estratégia de encaixe supramolecular through Análise do SCXRD com a assistência da ressonância magnética nuclear (RMN) e dados espectrométricos de massa sem conhecimento prévio de seus detalhes estruturais. Além disso, em certos casos, as estruturas baseadas em SCXRD de produtos retiradas diretamente de misturas de reação bruta podem ser obtidas. Assim, tanto na concepção quanto no escopo, a presente abordagem mescla os méritos do projeto racional, preparação eficiente da amostra, ampla aplicabilidade e determinação estrutural bem -sucedida para moléculas desafiadoras.
Os méritos do nosso método de encaixe supramolecular são considerados:
- Ampla aplicabilidade: Testamos um whole de 63 compostos, incluindo 18 amostras caseiras e 14 amostras cegas bem-sucedidas.
- Determinação estrutural bem -sucedida para desafiar moléculas: Obtivemos estruturas cristalinas para uma variedade de moléculas desafiadoras, abrangendo um composto instável e o composto de peso molecular mais alto medido até o momento em estudos de determinação da estrutura baseada em MOF.
- Preparação eficiente da amostra: Nosso método permite a preparação simples e rápida da amostra em 10 minutos, em contraste com os métodos CS e MOF, que normalmente exigem mais de um dia.
- Ênfase do design racional: Nosso método “encaixe supramolecular” traz ordem geral às moléculas de contenção de cadeia alquil, que fornecem princípio orientador conceitual para análise estrutural baseada em MOF, usando uma “estratégia supramolecular” projetada e direcionada racionalmente.
Impacto: Em resumo, relatamos uma estratégia de encaixe supramolecular projetada para enfrentar os desafios associados à determinação da estrutura de moléculas contendo cadeia alquil. Com base nos resultados obtidos, sugerimos que a presente abordagem possa ter um papel a desempenhar na análise estrutural de uma ampla gama de produtos obtidos em condições típicas de laboratório (amostras e misturas líquidas, pegajosas, sólidas ou instáveis). Notavelmente, o design racional de uma transportadora MOF é sempre uma tarefa desafiadora na determinação da estrutura baseada em estrutura. Nosso método “Avilo supramolecular” fornece um princípio orientador conceitual para análise estrutural baseada em estrutura, usando uma “estratégia de reconhecimento supramolecular de host-guest”, promovendo significativamente o campo de determinação da estrutura. A abordagem atual ainda enfrenta limitações potenciais, particularmente na determinação da estrutura de alto peso molecular e moléculas estruturalmente complexas. Pesquisas futuras se concentrarão na incorporação de vários hosts supramoleculares de encaixe nos MOFs para facilitar a determinação da estrutura de uma gama diversificada de compostos.
