Trapping Alkali Halide Cluster Ions Inside the Cucurbit[7]uril Cavity

서종철 교수 연구실에서는 에너지적으로 불리하다고 생각되었던 기체상에서의 쿠커비투릴과 알칼리금속 할라이드 집합체 사이의 호스트-게스트 상호작용이 용매방울이 증발하는 과정에서 일어날 수 있음을 이온이동도-질량분석법 이용해 관찰하고, 분자동역학 시뮬레이션을 통해 원리를 규명하였다. 일반적으로 용액 내에서는 쿠커비투릴과 알칼리 금속 할라이드 염 클러스터는 호스트-게스트 상호작용을 선호하지 않는데, 본 연구에서는 전자 분무 이온화 과정에서 생성되는 미세 용매방울이 빠르게 증발하는 상전이 과정에서 중성의 알칼리 금속-염화이온 쌍이 형성되며 특정 개수의 이온 쌍이 쿠커비투릴 내부로 들어간 형태의 특이적 분자 집합체가 생성될 수 있음을 보였다. 본 결과는 작은 물방울 안에서 빠른 상전이 과정이라는 특정 조건 하에서 형성되는 호스트-게스트 복합체에 대한 연구방향을 제시하는 중요한 사례로, 물리화학분야 국제 저명 학술지인 Journal of Physical Chemistry Letters에 게재되었다.

In this study, the distinctive behavior of cucurbit[n]uril (CB[n]), which captures a variety of alkali halide clusters inside the cavity during the droplet evaporation, has been investigated by using ion mobility spectrometry−mass spectrometry. Complexes of CB[7] with various alkali chloride cluster cations or anions generated during the electrospray ionization were studied, and their collision cross-section (CCS) values were obtained to determine whether these clusters were trapped inside the cavity or not. It was found that the clusters smaller than a specific critical size were trapped inside the CB[7] cavity in the gas phase, although trapping of alkali halide clusters at the given concentration is supposed to be unfavorable in solution. We suggest that the rapid solvent evaporation rapidly increases ion concentrations and subsequently forms alkali-chloride contact ion pairs; therefore, it may provide a specific environment to enable the formation of the inclusion complexes.

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c02583