Light-directed trapping of metastable intermediates in a self-assembly process
초록
자기조립(self-assembly)은 열역학적으로 선호되는 초분자 골격이 생성되기에 앞서 속도론적으로 유리한 준안정 중간체가 형성되는 단계적 경로를 통해 흔히 일어나는 동적 과정이다. 이러한 경로에서 중간체를 포착하면 그 본질과 전체 자기조립 과정 모두에 대한 중요한 정보를 얻을 수 있지만, 온도·농도·화학 조성·형태를 바꾸지 않고 이를 수행하기는 어렵다. 여기서 우리는 광중합 전략에 기반하여 자기조립 과정의 준안정 중간체를 포착하는, 매우 효율적이며 잠재적으로 보편적인 방법을 보고한다. 알킬 사슬을 포함하는 다이아세틸렌을 가진 키랄 페릴렌-다이이미드를 사용하여, 나노리본·나노코일·나노헬릭스를 포함한 준안정 중간체가 열역학적 관 모양 구조를 형성하기 전에 자외선 촉진 중합을 통해 효과적으로 포착될 수 있음을 보였다. 이 연구에서 개발한 전략은 자연적으로나 합성적으로 풍부한, 알킬 사슬을 포함하는 자기조립 시스템에 적용될 수 있을 것이다.
Original abstract (English)
Self-assembly is a dynamic process that often takes place through a stepwise pathway involving formation of kinetically favored metastable intermediates prior to generation of a thermodynamically preferred supramolecular framework. Although trapping intermediates in these pathways can provide significant information about both their nature and the overall self-assembly process, it is a challenging venture without altering temperature, concentrations, chemical compositions and morphologies. Herein, we report a highly efficient and potentially general method for trapping metastable intermediates in self-assembly processes that is based on a photopolymerization strategy. By employing a chiral perylene-diimide possessing a diacetylene containing an alkyl chain, we demonstrated that the metastable intermediates, including nanoribbons, nanocoils and nanohelices, can be effectively trapped by using UV-promoted polymerization before they form thermodynamic tubular structures. The strategy developed in this study should be applicable to naturally and synthetically abundant alkyl-chain-containing self-assembling systems.