سنتز دقیق PRx

سنتز دقیق PRx و تهیه مواد فوق مولکولی براساس تحرک آن

این مطالعه به بررسی سنتز دقیق PRx و مواد با استفاده از آن می پردازد. PRx دارای ساختاری شبیه گردنبند است که در آن یک مولکول خطی به حفرۀ یک مولکول حلقوی نفوذ کرده و هر دو انتهای مولکول خطی را با یک جایگزین بزرگ می پوشاند. ساختار فوق مولکولی PRx را میتوان با مولکول های حلقوی که بعنوان بلوک های سازنده استفاده میشوند، تشکیل داد. همچنین PRx نشان دهندۀ بسیاری از خواص (برای مثال لغزش مولکول حلقوی) است که در سایر ساختارهای فوق مولکولی یافت نمیشود. در این بررسی، چگونگی کنترل تعداد مولکول های حلقوی، طول (وزن مولکولی) مولکول های خطی، ترکیب مولکول های حلقوی و خطی را در PRx بیان می کنیم تا لغزش مولکولی در مولکول های حلقوی را افزایش دهد. علاوه براین، ماده ای تولید کردیم که به دلیل لغزش مولکول حلقوی در PRx میتواند مقاومت مادۀ خود را به سرعت بازیابی می کند.

سنگدانه هایی را ابرمولکول می نامند که نشان دهندۀ کثرت مولکول ها یا یون هایی باشند و ازطریق برهمکنش های غیرکووالانسی با هم جمع شده و ساختاری را ایجاد می کنند که در مولکول های منفرد یافت نمیشود و عملکرد جدیدی را نشان میدهد. لن جایزه نوبل را برای کشف مفهوم "شیمی فوق مولکولی" که نشان دهندۀ عملکردهای جدیدِ مجموعه مولکولی بسیار منظم تشکیل شده از ابرمولکول ها است کسب کرد. مفهوم شیمی ابرمولکولی بعنوان رشته علم فوق مولکولی تعریف شده است. براساس تحقیقات فوق مولکولی در مولکول های کوچک میتوان گفت که این ساختارهای فوق مولکولی براساس پلیمرها ساخته شده و ساختارهای پلیمری نیز ازطریق ابرمولکول (پلیمرهای فوق مولکولی) تشکیل شده اند. هدف از این تحقیق ارائه ساختارهای فوق مولکولی در پلیمرهایی است که منجر به پیشرفت در علم مواد و ایجاد مواد شده اند. بخش الف از شکل یک ساختاری پلیمری با برهمکنش های غیرکووالانسی به نام "پلیمر فوق مولکولی" را نشان میدهد که در آن انتهای پلیمر توسط یک برهمکنش غیرکووالانسی به هم متصل شده اند. بخش دوم از همین شکل نیز "پلیمر شبکۀ فوق مولکولی" را نشان میدهد که در آن زنجیره های جانبی پلیمر با برهمکنش های غیرکووالانسی به هم متصل هستند.

شکل 1: انواع ساختار فوق مولکولی با استفاده از پلیمر و برهمکنش غیرکووالانسی؛

a: پلیمر ابرمولکولی، b: پلیمر شبکه ابرمولکولی، c: روتاکسان

این مواد عملکردهای مختلفی همچون انتقال سولژل، حافظه شکل، فعالسازی، چسبندگی، مقاومت و خود ترمیمی نشان میدهند که بر برگشت پذیری تشکیل برهمکنش غیرکووالانسی و تجزیه مبتنی هستند. جالب اینکه علاوه بر این دو ساختار فوق مولکولی، میتوان با استفاده از مولکولهای حلقوی بعنوان بلوک های سازه ساختار فوق مولکولی متفاوتی نیز بدست آورد. همانطور که در بخش سوم از شکل یک نشان داده شده است، ساختار مولکولی موسوم به "روتاکسان" با نفوذ به حفره یک سلول حلقوی با یک مولکول خطی که انتهای آن توسط یک مولکول بزرگتر از اندازۀ حفرۀ مولکول حلقوی محصور میشود بدست می آید. براساس شکل دو، یکی از خواص روتاکسان این است که مولکول حلقوی و مولکول خطی بصورت کووالانسی متصل نیستند. به همین دلیل، مولکول حلقوی میتواند در امتداد مولکول خطی بچرخد و بلغزد.

شکل 2: خواص PRX

این خصوصیت برای شاتل های مولکولی و عضلات مصنوعی اعمال شده است. در سال 2016، ساوژ و استودارت جایزه نوبل را برای ساخت یک ساختار مولکولی با استفاده از روتاکسان دریافت کردند. اخیرآ تحقیقات در زمینه ابرمولکول در حال افزایش است. روتاکسان های مختلف که از پلیمر بعنوان یک مولکول خطی استفاده می کنند، PRX نامیده میشوند. علاوه براین، مطالعات اخیر نشان داده اند که مواد پلیمری با استفاده از PRX در مقایسه با مواد پلیمری عالی دارای خواص مکانیکی بالاتری هستند. اگرچه دیگر بررسی های انجام شده کاربرد مواد عالی در آن را نشان میدهند، در اینجا "سنتز دقیق  PRX و آماده سازی مواد فوق مولکولی مبتنی بر تحرکشان" را بررسی می کنیم.

برهمکنش های غیرکووالانسی مختلفی همچون پیوندهای هیدروژنی و هماهنگ وجود دارند. ازبین ساختارهای فوق مولکولی پیشنهادی، PRX که فقط توسط مولکول های حلقوی بعنوان بلوک های سازنده تشکیل میشود، خصوصیاتی را بیان میکند که از دیگر ساختارهای فوق مولکولی متفاوت هستند. از آنجا که مولکول های خطی و حلقوی دارای پیوند کووالانسی متصل نیستند، ازلحاظ مکانیکی تکمیل شده و تحرک مولکولی بالایی را حفظ می کنند. برخلاف مواد شبکۀ کووالانس متناظر، مواد شبکه PRX دارای انعطاف پذیری هستند؛ در حالیکه قدرت مکانیکی را همچنان حفظ می کنند. با این حال، توضیح ساختار و مکانیسم آن دشوار است زیرا PRX ساختار ثابتی ندارد. علاوه بر این، سنتز دقیق آن از اهمیت بالایی در حوزۀ تحقیقات برخوردار است. توسعۀ درک عمیق تر از PRX دنیای جدیدی از مواد پلیمر را معرفی می کند.