A New Rare-Gas Compound: HXeOXeH

Rare-gas chemistry is of growing interest, and the recent advances include the "insertion" of a Xe atom into OH and water in the rare-gas hydrides HXeO and HXeOH. The insertion of Xe atoms into the H-C bonds of hydrocarbons was also demonstrated for HXeCC, HXeCCH and HXeCCXeH, the last of which was the first rare-gas hydride containing two rare-gas atoms. We describe the preparation and characterization of a new rare-gas compound, HXeOXeH. HXeOXeH was prepared in solid xenon by photolysis of a suitable precursor, for example water, and subsequent mobilization of the photoproducts. The experimental identification was carried out by FTIR spectroscopy, isotopic substitution and by use of various precursors. The photolytical and thermal stability of the new rare-gas hydride was also studied. The experimental work was supported by extensive quantum chemical calculations provided by our co-workers. HXeOXeH forms in a cryogenic xenon matrix from neutral O and H atoms in a two-step diffusion-controlled process involving HXeO as an intermediate [reactions (1) and (2)]. This formation mechanism is unique in that a rare-gas hydride is formed from another rare-gas hydride. H + Xe + O → HXeO (1) HXeO + Xe + H → HXeOXeH (2) Similarly to other rare-gas hydrides, HXeOXeH has a strongly IR-active H-Xe stretching vibration, allowing its spectral detection at 1379.3 cm-1. HXeOXeH is a very high-energy metastable species, yet thermally more stable than many other rare-gas hydrides. The calculated bending barrier of 0.57 eV, is not enough to explain the observed stability, and HXeOXeH might be affected by additional stabilization from the solid xenon environment. Chemical bonding between xenon and environmentally abundant species like water is of particular importance due to the “missing-xenon” problem. The relatively high thermal stability of HXeOXeH compared to other oxygen containing rare-gas compounds is relevant in this respect. Our work also raises the possibility of polymeric (–Xe–O)n networks, similarly to the computationally studied (XeCC)n polymers.

Organized Nanostructures of Thermoresponsive Poly(N-isopropylacrylamide) Block Copolymers Obtained Through Controlled RAFT Polymerization

Kontrolloidut radikaalipolymerointimenetelmät, kuten RAFT-polymerointi, ovat moderni tapa valmistaa polymeerejä säädellysti. RAFT-polymeroinnilla polymeerien ketjunpituutta, moolimassajakaumaa, mikrorakennetta (taktisuus, järjestys), koostumusta ja funktionaalisuutta kyetään hallitsemaan. Siten menetelmällä voidaan valmistaa uudenlaisia polymeeriarkkitektuureja, kuten blokki- ja tähtipolymeerejä, sekä hybridimateriaaleja ja biokonjugaatteja. Polymeeristen rakennuspalikoiden itsejärjestyminen, missä huolellisesti syntetisoidut polymeerit järjestyvät halutulla tavalla nanoskaalassa, on suosittu tutkimuskohde materiaalitieteessä. On huomattava, että blokkipolymeerien itsejärjestyminen on vielä suhteellisen nuori tutkimusaihe. Tämän hetkiset polymeeriset nanomateriaalit ovat suhteellisen yksinkertaisia luonnon luomuksiin verrattuina, tarjoten jatkuvasti uusia mahdollisuuksia seuraavan sukupolven polymeereille. Tässä työssä RAFT-polymeroinnilla syntetisoitiin amfifiilisiä di- ja triblokkikopolymeerejä sekä tutkittiin niiden järjestymistä nanorakenteiksi. Kaikissa blokkikopolymeereissä käytettiin lämpöherkkää poly(N-isopropyyliakryyliamidia). Siten polymeerit ja tutkitut materiaalit reagoivat lämpötilanmuutokseen ympäristössä eli ovat ns. ympäristöherkkiä. Työssä tutkittiin taktisuuden kontrollointia N-isopropyyliakryyliamidin RAFT-polymeroinnissa. Polymeerin taktisuutta sekä ketjunpituutta ja blokkijärjestystä säätämällä voitiin hallita polymeerin itsejärjestymistä vesiliuoksessa. Amfifiiliset polymeerit järjestyivät laimeissa vesiliuoksissa erilaisiksi misellirakenteiksi, muodostaen ns. mikrosäiliöitä. Tällaisilla polymeereillä odotetaan olevan sovelluksia esim. lääkeainevapautuksessa. Amfifiilejä käytetään myös esimerkiksi apuaineina pinnoitteissa ja kosmetiikassa. Kiinteässä tilassa tutkitut triblokkikopolymeerit muodostivat teoreettisesti ennustettuja morfologioita. Lämpöherkän materiaalin hydrogeelit toimivat suodatinmembraanina nanokokoluokassa. RAFT-polymeroinnilla syntetisoituja polymeereja voidaan sellaisenaan käyttää kultananopartikkeleiden päällystämiseen. Kultananopartikkelit ovat erittäin kiinostavia mm. niiden stabiilisuuden ja ainutlaatuisten pintaominaisuuksien vuoksi. Kun amfifiilisiä polymeerejä kiinnitettiin kultapartikkelin pinnalle, sen liuos- ja optisia ominaisuuksia voitiin säädellä pH:n ja lämpötilan avulla. Tällaisilla kultananopartikkeleilla on sovelluksia mm. diagnostiikassa, sensoreina ja solukuvauksessa.