Новости химической науки > Молекулярный парусник в молекулярной бутылке

Химики разработали и синтезировали новый тип трехмерной молекулярной клетки, которая может удерживаться в целостности за счет исключительно большого количества водородных связей. Новая структура, состоящая из двух типов шестиугольных органических «плиток», самоорганизующихся в полиэдр, способный к инкапсуляции молекулярных ионов различного типа.

Исследователи из группы Майкла Ворда (Michael Ward) рассчитали, что две плоские шестиугольные молекулы, подходящие друг другу по форме и способные образовывать комплементарные водородные связи за счет групп, расположенных на краях этих молекулы вынуждены самоорганизоваться в определенную трехмерную систему.

Полученное с помощью электронного микроскопа изображение цеолитоподобной каркасной системы. (Рисунок из Science, 2011, 333, 436)

Первая из «плиток» представляет собой трис(гуанидин)нитратный кластер, а вторая – гекса(4-сульфонатофенил)бензольный. При помещении прекурсоров в раствор по четыре из «плиток» каждого типа самоорганизуются за счет образования 72 водородных связей между N-H группами четырех фрагментов одного типа и O-S-группами четырех фрагментов другого типа.

Ворд отмечает, что исследователям из его группы для получения полиэдров за счет водородного связывания удалось скомбинировать принципы молекулярной симметрии и геометрических параметров молекул, такой подход позволяет заранее предсказать единственный вариант самоорганизации.

Полученные клетки, представляющие собой искажённые октаэдры, связываются друг с другом с образованием цеолитоподобных кристаллов, объем внутренней полости которых составляет 2200 кубических Ангстрем. Было продемонстрировано, что эти полости могут инкапсулировать молекулы и молекулярные ионы с зарядом от –10 до +4. Ворд подчеркивает, что достаточно сложно обнаружить каркасную систему, которая могла бы играть роль хозяина и для положительно и для отрицательно заряженных гостей. При этом хотя часть молекул попадает внутрь полости через каналы, образующиеся в результате цеолитоподобных структур, часть молекул-гостей слишком большая для прохождения через каналы, но при этом оказывается инкапсулированной за счет попадания в полость в момент самосборки молекулярного контейнера – определенная аналогия корабля в бутылке, но на молекулярном уровне.

Самоорганизующиеся молекулярные клетки

Еще одним важным свойством новой системы является жесткость строения молекулярной клетки – ферма клетки не зависит от свойств молекул-гостей (для ряда супрамолекулярных систем, построенных за счет нековалентных взаимодействий, форма полости может изменяться в зависимости от формы и размеров входящей в нее молекулы).

Специалист по супрамолекулярной химии Скотт Дэлгарно (Scott Dalgarno) высоко оценивает работу Ворда, отмечая, что результаты работы могут быть использованы специалистами по супрамолекулярной химии для создания разнообразных молекулярных контейнеров различного назначения, удерживающихся в целостности водородными связями. Дэлгарно полагает, что изменение строения исходных веществ может привести к синтезу стабильных полиэдров различных форм.

Источник: Science, 2011, 333, 436; DOI: 10.1126/science.1204369

метки статьи: #молекулярные устройства, #нанотехнологии, #новые материалы, #органическая химия, #супрамолекулярная химия