Strategy and Methodology in the Synthesis of Multicomponent Molecular Solids: The Quest for Higher Cocrystals.

الاستراتيجية والمنهجية في تخليق المواد الصلبة الجزيئية متعددة المكونات: السعي نحو البلورات المشتركة العليا.

Clicks: 592
ID: 50677
2019
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Emerging

Ranked #7 of 1,131 articles by views in accounts of chemical research

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale. Only the 120 most-read articles are drawn; the journal has 1,131 in total.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
Crystal engineering is the art and science of making crystals by design. Crystallization is inherently a purifying phenomenon. Bringing together more than one organic compound into the same crystal always needs deliberate action. Cocrystals are important because they offer a route to the controlled modulation of crystal properties. The route to cocrystal synthesis was opened up with the heterosynthon concept, which considers the complementary recognition of chemical groups from different molecules. Using this concept, binary cocrystals of enormous variety have been generated, even as crystal engineering has evolved into a form of solid-state supramolecular synthesis. Introducing a third component (a component is somewhat arbitrarily defined as an organic substance that is a solid at room temperature, mostly with the idea of excluding solvates) in a stoichiometric manner requires substantially greater effort and a careful balance of intermolecular interactions-their strengths, directional properties, and distance falloff characteristics. The first systematic ternary cocrystal synthesis was reported around 15 years ago. Drawing in a fourth component in stoichiometric amounts is exceedingly difficult, and we reported such syntheses in 2016. To date, a limited number of ternary cocrystals have been realized (around 120 in all, with a half from our group) and an even smaller number of quaternary cocrystals (around 30, all from our group, barring one). It is impressive that our experiments largely yielded the intended higher cocrystal (three- or four-component) with very small traces of contaminating binaries and pure compounds. A fifth or sixth component may be brought into the solid in the manner of a solid solution in that these components are situated at one of the sites of the quaternary cocrystal. To date, five components have not been included stoichiometrically within the same crystal. This is still an open challenge. The merit in synthesizing (higher) cocrystals is that one can systematically engineer property modularity: Each component is associated with a distinct property. This is important in the pharmaceutical industry, where each component can, in principle, confer a different, desirable property-drug action, solubility, or permeability. However, difficult synthetic targets are also addressed in chemistry simply because they are there. The intellectual satisfaction in making something that is very difficult to make renders the enterprise worthwhile in itself, and new chemistry usually gets uncovered in the process. The development of synthetic organic chemistry can undoubtedly be credited to various reliable methods for chemical transformations, and many difficult total syntheses were achieved by employing these methods over two centuries of research. In contrast, supramolecular synthesis (of multicomponent cocrystals and other assemblies) is in no way at a similar level of sophistication because the subject is still relatively young. Our group and others have reported the synthesis of many higher cocrystals with reliable, reproducible, and robust design strategies. There is a general perception that the isolation of some of these cocrystals is a matter of luck! The crux of this Account is that far from being a serendipitous matter, higher cocrystals may be made with a judicious combination of strategy and methodology-the essence of synthesis.
تُعد هندسة البلورات فن وعلم تصنيع البلورات وفق تصميم مسبق. والتبلور في جوهره ظاهرة تنقية؛ لذا فإن الجمع بين أكثر من مركب عضوي واحد داخل البلورة نفسها يتطلب دائماً إجراءً متعمداً. وتكتسب البلورات المشتركة أهميتها من كونها تتيح مساراً للتعديل المنضبط لخواص البلورة. وقد فُتح المجال أمام تخليق البلورات المشتركة بفضل مفهوم "السينثون غير المتجانس" (heterosynthon)، الذي يقوم على التعرف التكاملي للمجموعات الكيميائية العائدة لجزيئات مختلفة. وباستخدام هذا المفهوم، تم توليد بلورات مشتركة ثنائية بتنوع هائل، في الوقت الذي تطورت فيه هندسة البلورات لتغدو شكلاً من أشكال التخليق فوق الجزيئي في الحالة الصلبة. ويتطلب إدخال مكوّن ثالث (يُعرّف المكوّن هنا بنحو اعتباطي إلى حد ما بأنه مادة عضوية صلبة في درجة حرارة الغرفة، والهدف الأساسي من ذلك استبعاد المذابات البلورية [solvates]) بطريقة متكافئة قياسياً (ستوكيومترية) جهداً أكبر بكثير، وموازنةً دقيقة للتآثرات بين الجزيئية من حيث قواها، وخصائصها الاتجاهية، وسمات تضاؤلها مع المسافة. وقد أُبلغ عن أول تخليق منهجي لبلورة مشتركة ثلاثية منذ نحو 15 عاماً. أما إدراج مكوّن رابع بنسب متكافئة قياسياً فيعد أمراً بالغ الصعوبة، وقد سجلت مجموعتنا مثل هذه التخليقات في عام 2016. وحتى الآن، لم يُحقَّق سوى عدد محدود من البلورات المشتركة الثلاثية (نحو 120 بلورة في المجمل، نصفها من مجموعتنا البحثية)، وعدد أقل من البلورات المشتركة الرباعية (نحو 30، جميعها من مجموعتنا باستثناء واحدة). ومما يثير الإعجاب أن تجاربنا أسفرت إلى حد كبير عن إنتاج البلورات المشتركة العليا المنشودة (ثلاثية أو رباعية المكونات) مع شوائب طفيفة جداً من المركبات الثنائية والمركبات النقية. ويمكن إدخال مكوّن خامس أو سادس في المادة الصلبة على هيئة محلول صلب، بحيث تستقر هذه المكونات في أحد مواضع البلورة المشتركة الرباعية. وحتى يومنا هذا، لم يتم تضمين خمسة مكونات بنسب متكافئة قياسياً داخل البلورة نفسها، ولا يزال هذا تحدياً علمياً مفتوحاً. وتكمن ميزة تخليق البلورات المشتركة (العليا) في القدرة على هندسة نمطية الخواص وتراكبيتها بنحو منهجي، حيث يقترن كل مكوّن بخاصية مميزة. وتتجلى أهمية ذلك في الصناعة الدوائية؛ إذ يمكن لكل مكوّن، من حيث المبدأ، أن يضفي خاصية مرغوبة ومختلفة؛ كالفاعلية الدوائية، أو الذوبانية، أو النفاذية. ومع ذلك، فإن الأهداف التخليقية الصعبة تحظى باهتمام الكيميائيين لمجرد كونها تحدياً قائماً؛ فالإشباع الفكري المتحقق من تصنيع شيء بالغ الصعوبة يجعل من هذا المسعى غاية تستحق الجهد في حد ذاتها، وعادة ما يُكشف عن آفاق كيميائية جديدة في خضم هذه العملية. ويُعزى تطور الكيمياء العضوية التخليقية بلا شك إلى طرائق موثوقة ومتنوعة للتحولات الكيميائية، حيث أُنجز العديد من عمليات التخليق الكلي المعقدة بتوظيف هذه الطرق على مدار قرنين من البحث. وعلى النقيض من ذلك، فإن التخليق فوق الجزيئي (للبلورات المشتركة متعددة المكونات والتجمعات الأخرى) لا يقارب هذا المستوى من الرقي والتعقيد بأي حال من الأحوال؛ نظراً لحداثة هذا المجال نسبياً. لقد نشرت مجموعتنا ومجموعات أخرى أبحاثاً تصف تخليق العديد من البلورات المشتركة العليا باستخدام استراتيجيات تصميم موثوقة ورصينة وقابلة للتكرار. وثمة تصور عام بأن عزل بعض هذه البلورات المشتركة هو مجرد ضربة حظ؛ إلا أن جوهر هذا المقال يكمن في إثبات أن تحضير البلورات المشتركة العليا، بعيداً عن كونه محض مصادفة، يمكن تحقيقه عبر مزيج محكم من الاستراتيجية والمنهجية، وهو ما يمثل جوهر عملية التخليق الكيميائي.
Reference Key
mir2019strategyaccounts Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Mir, Niyaz A;Dubey, Ritesh;Desiraju, Gautam R;
Journal accounts of chemical research
Year 2019
DOI
10.1021/acs.accounts.9b00211
URL
Keywords
vitamin d in vitro fertilization clinical pregnancy rate live birth rate

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.