Ett nytt tillvägagångssätt leder till den efterlängtade bildandet av ringar gjorda av tre pyrroler, som skulle kunna användas för att framställa föreningar med en mängd intressanta egenskaper, och förklarar varför de inte har observerats tidigare.

Kemister från Hokkaido University har svarat på en långvarig fråga:Varför bildar pyrrolmonomerer ringformade föreningar som består av fyra men aldrig tre pyrroler? Deras resultat, publiceras i Journal of the American Chemical Society , skulle kunna möjliggöra utvecklingen av nya föreningar med unika egenskaper.

Pyrrol är en aromatisk organisk förening gjord av kol, väte- och kväveatomer. När fyra pyrrolmolekyler kombineras, de bildar ringformade tetrapyrrolmakrocykler, som finns i naturen i många former - inklusive hem och klorofyll - och spelar kritiska biologiska roller i syretransport, ljusskörd och elektrontransport. Forskare har hittat sätt att tillverka syntetiska tetrapyrrol-makrocykler för användning som katalysatorer, fotosensibilisatorer och optoelektroniska material. Men de har länge undrat varför de aldrig ser tripyrroliska makrocykler.

Nu tror de att de vet varför.

Hokkaido Universitys organiska kemist Yasuhide Inokuma och Jonathan Sessler från University of Texas i Austin ledde ett team av forskare för att försöka syntetisera en tripyrrol makrocykel, bygger på tidigare arbeten där de designade alifatiska oligoketoner med exakta kedjelängder. Alifatiska polyketoner är föreningar som tillhör en klass av plaster som har intressanta egenskaper för användning i industriella processer; Alifatiska oligoketoner är klipp (kortare analoger) av polyketoner framställda som en prekursor för tripyrroliska makromolekyler.

Forskarna använde en kemisk process i flera steg och omvandlade framgångsrikt en linjär hexaketonförening till kristaller av en tripyrrol makrocykel som kallas calix[3]pyrrol.

Vid närmare granskning av kristallerna, de fann att tripyrrolen hade en förvrängd form, vilket indikerar att det upplevde påfrestningar. Upplösning av föreningen i ett organiskt lösningsmedel innehållande en svag syra vid rumstemperatur fick den att omvandlas, inom några sekunder, till calix[6]pyrrol. Detta följdes av en långsammare fyra timmars byte till calix[4]pyrrol. De två sistnämnda föreningarna visade sig uppleva signifikant mindre belastning än deras prekursor tripyrrol. Ytterligare, forskarna fann att de kunde stabilisera sin tripyrrol och hindra omvandlingen genom att bilda komplex med en fluor- eller boratom.

"Vår studie hjälper till att förklara frånvaron av observerbara tripyrroliska makrocykler under klassisk porfyrinsyntes, " säger Inokuma. "Dessa föreningar är mycket ansträngda och kommer sannolikt att genomgå lätt och snabb ringexpansion."

Dessutom, teamets framgångsrika tillvägagångssätt för att tillverka och stabilisera en tripyrrolisk makrocykel kan leda till utvecklingen av nya syntetiska porfyriner för användning i en mängd olika industrier.