Новости химической науки > Свет включает и выключает ловушку для хлорида

Химики из Университета Индианы в Блумингтоне разработали молекулу, которая может не только связывать хлорид-анионы, но и высвобождать их при действии ультрафиолетового света.

При облучении азобензола ультрафиолетом спираль молекулы расплетается и высвобождает хлорид-ион. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja105793c)

Возглавлявший исследование Амар Флуд (Amar Flood) считает самым главным достижением не столько создание обратимо действующего рецептора, сколько то, что механизм действия рецептора известен, и он работает в точном соответствии с предварительно высказанными теоретическими предсказаниями исследователей.

Флуд заявляет, что у исследования было две главных стратегических цели. Во-первых, исследователи хотели разработать гибкую и эффективную систему для удаления токсичных анионов из промышленных отходов, а во-вторых – попробовать использовать такую систему для аналитической или медицинской химии. Он подчеркивает, что если получить водорастворимую и нетоксичную молекулу подобную рецептору, разработанному в его лаборатории, такая молекула могла бы помочь людям, страдающим от муковисцидоза, заболевания, заключающегося в том, что хлорид-ионы накапливаются вне определенных клеток.

В настоящее время существует достаточное количество органических молекул-рецепторов, способных к связыванию катионов – синтезировать органическое соединение, содержащее отрицательно заряженные функциональные группы зачастую не так сложно, гораздо сложнее получать органические молекулы, способные к связыванию положительно заряженных ионов.

Разработанный исследователями рецептор или «фолдамер» («foldamer») может быть получен в небольшое количество синтетических стадий и из доступных исходных веществ. При облучении видимым светом фолдамер за счет межмолекулярных взаимодействий самоорганизуется в плотную спиральную супрамолекулярную структуру с увеличенной стабильностью, в этой спирали существует «карман» для распознавания и связывания хлорид-иона. При облучении ультрафиолетом (365 нм) плотная спираль фолдамера дестабилизируется, в результате чего хлорид покидает «карман» и снова переходит в раствор, обратимость связывания хлорид-ионов была подтверждена результатами кондуктометрии раствора содержащего фолдамер и хлорид без облучения УФ и при облучении.

Возможность фотопереключения рецептора-фолдамера может сделать системы подобного типа неоценимыми инструментами для биохимиков и специалистов по молекулярной биологии, которые могли бы изучать влияние хлорид-иона на биологические системы просто регулируя интенсивность и продолжительность ультрафиолетового излучения. К сожалению разработанный Флудом фолдамер в настоящее время пока еще не может быть использован для такого рода исследований – он растворим в неполярных органических растворителях.

Флуд отмечает, что переход к водорастворимой системе – направление дальнейших исследований, и после подтверждения возможности создания рецептора, обратимо связывающего анионы в ответ на внешнее воздействие, его модификация и получение водорастворимого аналога будет достаточно несложной синтетической задачей.

Молекула-фолдамер, способная к обратимому связыванию хлорид-ионов, была создана на основе ранее разработанных в группе Флуда рецепторов, однако те рецепторы не были способны к самопроизвольной организации в спирали. Прототип обратимой ловушки-хозяина для хлорида представлял собой макроциклическую структуру, с которой гость-хлорид необратимо связывался благодаря сродству к нему функциональных групп и размеру полости.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja105793c

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #нанотехнологии, #органическая химия, #органический синтез, #химия поверхности