Thermochromic Cyclic Dipeptide-Polydiacetylene Nanotube Adjusted for Co-Solvent Polarity

Abstract

We conducted a study on the creation of supramolecular structures through non-covalent interactions of diacetylene(DA). Polydiacetylene (PDA) is a unique conjugated polymer with self-assembly through π-π interactions and color transition properties. PDA is an intrinsic supramolecular polymer formed by polymerization of self-assembled DA, and we introduced cyclic dipeptides (CDPs) to DA for study of various supramolecular structures formation. CDPs refer to several types of 2,5-diketopiperazine hetero rings found mainly in nature. Many studies have been conducted to form a variety of supramolecular structures through the unique structure of cyclic dipeptides that contain two amide bonds per molecule and are easy for hydrogen bonding. We synthesized cyclic dipeptide-polydiacetylene (CDP-PDA) by introducing linear 10,12-pentacosadiynoic acid to CDPs. Through the π-π interaction of DA, extensive hydrogen bonds and the structural features of CDPs, cyclic dipeptide-diacetylenes (CDP-DA) formed supramolecular nanotubes. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) confirmed that the polarity of chloroform/methanol co-solvent adjusts the morphology of the CDP-DA supramolecular structure. In addition, X-ray diffraction analysis described the process in which nanotubes are composed of lamellar structures via regularly arranged-bilayer, and these lamellar structures are scrolled into nanotubes. These CDP-DA supramolecular nanotubes can be made into blue-phase PDA nanotubes simply covalently linked by ultraviolet irradiation. These blue-phase nanotubes exhibited reversible thermochromism at room temperature to 150℃, as well as the strong hydrogen bonding of CDP-DAs have a significant impact on the structural stability and reversible thermochromic properties of the nanotubes. Through this study, we expect to establish effective strategies for the development of delicate supramolecular structural control and optical properties. |우리는 다이아세틸렌의 비공유 상호작용을 통해 초분자 구조체를 만드는 연구를 진행했습니다. 폴리다이아세틸렌(PDA)은 π-π 상호작용을 통한 자가조립특성과 색전이의 특성을 가지는 독특한 공액고분자입니다. 폴리다이아세틸렌은 자가조립된 다이아세틸렌의 중합에 의해 형성되는 본질적인 초분자 고분자이며, 이를 이용하여 다양한 초분자 구조체 형성에 대해 연구하기 위해 고리형 다이펩타이드(CDP)를 도입하였습니다. 고리형 다이펩타이드는 자연에서 주로 발견되는 여러 종류의 2,5-다이키토피페라진 (Diketopiperazine) 헤테로(Hetero) 고리들을 말합니다. 한 분자당 두개의 아마이드 결합을 함유하여 수소결합에 용이한 고리형 다이펩타이드의 독특한 구조를 통해 다양한 초분자 구조체를 형성하는 많은 연구가 진행되었습니다. 우리는 고리형 다이펩타이드에 선형 다이아세틸렌을 도입함으로써, 고리형 다이펩타이드-폴리다이아세틸렌(CDP-PDA)를 합성했습니다. 많은 수소결합, 고리형 다이펩타이드의 구조적 특징, 그리고 다이아세틸렌의 π-π 상호작용을 통해 고리형 다이펩타이드-다이아세틸렌(CDP-DA)은 초분자 나노튜브를 형성합니다. 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscopy)와 투과전자현미경 (Transmission Electron Microscopy)을 통해 클로로폼/메탄올 공동용매의 극성이 고리형 다이펩타이드-다이아세틸렌 초분자 구조체의 형태를 조정하는 것을 확인했습니다. 또한 X-선 회절 분석법 (X-ray diffraction analysis)으로 나노튜브가 이중층의 구조가 규칙적으로 배열된 층상구조로 이루어져 있고, 이 층상구조가 둥글게 말려서 나노튜브가 되는 과정을 설명하였습니다. 이 고리형 다이펩타이드-다이아세틸렌 초분자 나노튜브는 자외선 조사를 통해 간단하게 공유결합으로 연결된 파란색의 폴리다이아세틸렌 나노튜브로 만들 수 있습니다. 이 파란색의 나노튜브들은 상온에서 150 ℃의 온도 범위에서 가역적인 열변색특성을 보여줄 뿐만 아니라, 고리형다이펩타이드-다이아세틸렌의 강력한 수소결합이 나노튜브의 구조적 안정성과 가역적인 변색특성에 큰 영향을 끼침을 확인하였습니다. 이 연구를 통해, 섬세한 초분자의 구조 제어와 광학적 특성의 발전을 위한 효과적인 전략을 세울 수 있을 것으로 기대합니다.