Hydrophobic Effect as a Driving Force for Host–Guest Chemistry of a Multi-Receptor Keplerate-Type Capsule

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作者
Nancy Watfa,Dolores Melgar,Mohamed Haouas,Françis Taulelle,Akram Hijazi,Daoud Naoufal,Josep Bonet Ávalos,Sébastien Floquet,Carles Bó,Emmanuel Cadot
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:137 (17): 5845-5851 被引量:45
标识
DOI:10.1021/jacs.5b01526
摘要

The effectiveness of the interactions between various alkylammonium cations and the well-defined spherical Keplerate-type {Mo132} capsule has been tracked by (1)H DOSY NMR methodology, revealing a strong dependence on the self-diffusion coefficient of the cationic guests balanced between the solvated and the plugging situations. Analysis of the data is fully consistent with a two-site exchange regime involving the 20 independent {Mo9O9} receptors of the capsule. Furthermore, quantitative analysis allowed us to determine the stability constants associated with the plugging process of the pores. Surprisingly, the affinity of the capsule for a series of cationic guests increases continuously with its apolar character, as shown by the significant change of the stability constant from 370 to 6500 for NH4(+) and NEt4(+), respectively. Such observations, supported by the thermodynamic parameters, evidence that the major factor dictating selectivity in the trapping process is the so-called "hydrophobic effect". Computational studies, using molecular dynamics simulations, have been carried out in conjunction with the experiments. Analysis of the radial distribution functions g(r) reveals that NH4(+) and NMe4(+) ions behave differently in the vicinity of the capsule. The NH4(+) ions do not exhibit well-defined distributions when in close vicinity. In contrast, the NMe4(+) ions displayed sharp distributions related to different scenarios, such as firmly trapped or labile guest facing the {Mo9O9} pores. Together, these experimental and theoretical insights should aid in the exploitation of these giant polyoxometalates in solution for various applications.

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