Unorthodox Combination of Cation−π and Charge-Transfer Interactions within a Donor–Acceptor Pair

超分子化学 化学 阳离子聚合 接受者 化学物理 密度泛函理论 合理设计 分子 自组装 计算化学 结晶学 纳米技术 材料科学 有机化学 生物化学 物理 凝聚态物理
作者
Bapan Pramanik,Sahnawaz Ahmed,Nilotpal Singha,Basab Kanti Das,Payel Dowari,Debapratim Das
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:35 (2): 478-488 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.8b03820
摘要

Cation−π and charge-transfer (CT) interactions are ubiquitous in nature and involved in several biological processes. Although the origin of both the interactions in isolated pairs has extensively been studied, CT interactions are more prominent in supramolecular chemistry. Involvement of cation−π interactions in the preparation of advanced functional soft materials is uncommon. Moreover, a combination of these two interactions within a pair of electron donor (D) and acceptor (A) is uncharted. Here, we present a rational design to incorporate a combination of these two interactions within a D–A pair. A pyrene–peptide conjugate exhibits a combination of cation−π and CT interactions with a cationic naphthalenediimide (NDI) molecule in water. Nuclear Overhauser effect spectroscopy NMR along with other techniques and density functional theory calculations reveal the involvement of these interactions. The π-planes of pyrene and NDI adopt an angle of 56° to satisfy both the interactions, whereas β-sheet formation by the peptide sequence facilitates self-assembly. Notably, the binary system forms a self-supporting hydrogel at a higher concentration. The hydrogel shows efficient self-healing and injectable property. The hydrogel retains its thixotropic nature even at an elevated temperature. Broadly, we demonstrate a pathway that should prove pertinent to various areas, ranging from understanding biological assembly to peptide-based functional soft materials.
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