Forskare från Tokyo Metropolitan University har visat att den avstämbara hydrofoba naturen hos täta siloxangeler är starkt korrelerad med deras katalytiska aktivitet, explicit demonstrera hur molekyler med olika hydrofob natur på molekylär nivå interagerar olika med ytor med olika hydrofobicitet. Detta är också första gången en siloxangel har visat sig vara mycket effektiv för reaktionen av silyletrar, används vanligtvis som ett skyddsmedel.

Ett hydrofobt material är ett som stöter bort vatten. Hushållsexempel inkluderar beläggningar för non-stick stekpannor och smartphones. Hydrofobicitet spelar också en nyckelroll i naturen, till exempel, i mekanismer genom vilka vissa växter och djur skördar vatten från atmosfären, och packning av DNA i kromosomer. På senare år har det har också visat sig vara en del av funktionen hos sura katalysatorer, sura material som kan påskynda kemiska reaktioner, används ofta inom den petrokemiska industrin. Även om det var allmänt känt att mer hydrofobicitet ledde till bättre katalys, det var inte klart varför detta var fallet på grund av den heterogena porösa strukturen hos de vanligaste katalysatorerna.

Således, en grupp forskare ledda av Dr. Hiroki Miura och Prof Tetsuya Shishido från Tokyo Metropolitan University studerade den katalytiska aktiviteten hos en tät siloxangel, ett slags silikongummi, med sura sulfogrupper fästa. Viktigt, dessa geler kan täckas med kontrollerade mängder av både syragrupper och hydrofoba metylgrupper, möjliggör finkontroll av hydrofobicitet. Dessa geler är inte heller porösa, presenterar en yta som endast täcks av två nyckelgrupper, möjliggör en enklare men mer exakt kvantifiering av ytmiljön.

Gruppen studerade katalys av hydrolys (bindningsbrott med vatten) av alkylacetater, används ofta för att tillverka färger, dofter, och även plast; de fann att acetater med längre, mer hydrofoba svansar i sin molekylära struktur gynnades av ökad katalys med ett lägre sulfo-till-metylförhållande. Tvärtom, färre hydrofoba molekyler katalyserades mindre effektivt på grund av mindre tillgängliga sulfogrupper. De visar tydligt att vattnets affinitet till katalysställen kan hindra olika molekylers närmande; detta kan utnyttjas för att skapa både selektivitet och ökad aktivitet.

Vidare, siloxankatalysatorn applicerades för avskyddande av silyletrar. Silyletrar är skyddsgrupper, kopplade till grupper som behöver skyddas från oönskade reaktioner. För att göra dem tillgängliga igen, de måste lätt avskyddas. Gruppen visade för första gången att siloxangelkatalysatorer är mycket effektiva för att avskydda silyletrar, ett nyckelreaktionssteg i vanliga reaktioner som konstruktion av artificiella nukleotider (eller DNA). Med mer förståelse för hur den molekylära miljön är knuten till att fungera, de hoppas att ytterligare kemiska förbättringar av dessa katalysatorer kan öppna vägen för nya funktioner och tillämpningar.