Новости химической науки > «Фотографии» загадочных молекул для опознания

Исследователи использовали атомную силовую микроскопию для получения качественных изображений молекул, новый подход может помочь в определении правильных структур неизвестных органических соединений.

С помощью атомно-силового микроскопа исследователи смогли правильно установить строение цефаландола A. (Рисунок из Nature Chemistry, 2010, DOI: 10.1038/nchem.765)

Исследователи отмечают, что предложенный ими подход может оказаться полезным для установления строения природных соединений в тех случаях, когда это невозможно или затруднительно сделать с помощью ЯМР-спектроскопии.

Исследователи из групп Лео Гросса (Leo Gross) из IBM и Райнера Эбела (Rainer Ebel) из Университета Абердина с помощью нековалентного атомно-силового микроскопа [non-contact atomic force microscope (NC-AFM)] однозначно установили строение цефаландола А (cephalandole A), природного соединения, выделяемого из организма бактерии Dermacoccus abyssi.

Микроскоп NC-AFM измеряет атомные силовые константы с помощью тонкого щупа, связанного с осциллирующей пружиной. Когда щуп атомно-силового микроскопа приближается к молекуле, находящейся на поверхности, изменяется частота колебания пружины, на которой щуп закреплен, это изменение незначительно, но может быть измерено. Каждому атому молекулы соответствует определенное изменение частоты колебаний, это обстоятельство и может быть использовано для определения строения молекулы. Для того чтобы исследуемая молекула не «прилипла» к щупу, с его концом была связана одна молекула моноксида углерода, эта молекула СО также увеличивала разрешение полученной «фотографии» молекулы.

Эбел поясняет, что с помощью масс-спектрометрии состав цефаландола А был установлен ранее, тем не менее, анализ спектров ЯМР этого соединения не мог дать однозначный ответ на вопрос о структуре этого метаболита. С помощью атомно-силового микроскопа исследователям удалось сразу же исключить две из четырех структур, предложенных на основе метода ЯМР, после чего из двух оставшихся правильный выбор был сделан на основе квантово-химических расчетов.

В прошлом году группа Гросса продемонстрировала возможности атомно-силовой микроскопии, получив изображение молекулы пентацена. Гросс поясняет, что в отличие от пентацена в состав цефаландола А входят не только атомы углерода и водорода, но и – кислорода и азота, и у молекулы нет плоскости симметрии, что в совокупности делает определение строения этого соединения с помощью атомно-силового микроскопа более сложным, однако исследователи впервые смогли использовать атомно-силовой микроскоп именно для аналитических целей – определения строения соединения, структура которого не была установлена. Гросс полагает, что новый метод может быть использован не только для одного конкретного случая, но и для выяснения строения других соединений.

Франц Гиссибл (Franz Giessibl), специалист по атомно-силовой микроскопии из Университета Регенсбурга высоко оценивает результаты исследования Гросса и Эбела, еще раз подчеркивая, что атомно-силовая микроскопия справилась с установлением структуры там, где другие методы не справились. Гиссибл уверен, что в скором времени атомно-силовая микроскопия будет применяться в химии настолько широко, что интерпретация результатов будет под силу любому химику, а не только эксперту в области атомно-силовой микроскопии, и будет использоваться для определения строения органических соединений наряду с методом ЯМР, рентгеноструктурного анализа и других физических методов.

Источник: Nature Chemistry, 2010, DOI: 10.1038/nchem.765

метки статьи: #аналитическая химия, #нанотехнологии, #органическая химия