Corannulene är ett skålformat polycykliskt aromatiskt kolväte med ett skelett av bundna kolatomer som motsvarar ett segment av buckminsterfulleren eller "buckyball" - en fotbollsliknande struktur med 60 kolatomer. Denna likhet med buckyball har lett till att corannulene har döpts till "buckybowl". Kemister är intresserade av den kemiska potentialen hos korannulener som katalysatorer och i nanoteknologiska tillämpningar, men att utforska potentialen hos dessa molekyler är komplicerat eftersom de snabbt inverterar mellan sina spegelbilder eller "kirala" former (Fig. 1).

Daigo Miyajima och kollegor från RIKEN Center for Emergent Matter Science, i samarbete med medarbetare från University of Tokyo och Osaka University, har nu utvecklat en molekylär designstrategi som gör att de kan "desymmetrisera" korannuleninversionsjämvikten, vilket resulterar i lösningar anrikade i någon av dess kirala former. Prestationen markerar ett viktigt steg mot att kunna arbeta med och kanske isolera de individuella kirala formerna för att utforska deras möjliga användningsområden. "Till exempel, om vi kan desymmetrisera och producera korannulenkomplex med övergångsmetaller, det kan vara möjligt att utveckla asymmetriska katalysatorer med unika egenskaper på grund av den skålformade strukturen hos korannulen, " förklarar Miyajima.

Nyckeln till att påverka inversionsprocessen var att lägga till olika kemiska grupper som kan interagera genom intramolekylär vätebindning, varvid väteatomer med en lätt positiv laddning attraheras till andra atomer med en lätt negativ laddning. Dessa attraktionskrafter inom varje molekyl stabiliserar korannulenskålen i en av dess kirala versioner genom att etablera en termodynamisk preferens för den kirala formen som gör att alla interagerande enheter kan vätebindas samtidigt.

Även om en betydande prestation, denna desymmetrisering av korannulenjämvikten är endast partiell. Omvandlingen mellan de två formerna stoppas inte helt utan bromsas bara ner och görs för att gynna den ena formen framför den andra. Nästa utmaning för forskargruppen är att hitta modifieringar som kan stoppa omvandlingen helt och kanske tillåta bara en av de stabiliserade skålstrukturerna att renas och användas i fullständig frånvaro av dess inverterade partner.

Det finns många incitament för att uppnå kiral renhet hos korannulener utöver katalysatortillämpningar. "Andra forskare arbetar med att använda korannulener för att göra kolnanorör, " säger Miyajima, "och så vår forskning kan bidra till syntesen av kiralitetsselektiva nanorör." Eftersom kiral asymmetri är avgörande för många exakta kemiska reaktioner, den selektiva anrikningen av nanorör som gynnar en kiralitet kan öppna nya möjligheter inom nanoteknik.