29.08.2021      117      0
 

Химики «связали» молекулу в бесконечный узел

Британские ученые синтезировали органическую молекулу, по форме напоминающую бесконечный узел — символ, известный во многих…


Британские ученые синтезировали органическую молекулу, по форме напоминающую бесконечный узел — символ, известный во многих азиатских культурах. Авторы работы подошли к синтезу структуры не так, как обычно получают молекулярные узлы. Сначала они переплели шесть вытянутых органических молекул друг с другом как пряжу в сетку три на три. На следующих этапах синтеза соединяли концы так, что в результате получали смесь топологических структур. Выход молекулярного «бесконечного узла» длиной в 258 атомов составил семь процентов. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry.

Помимо химических и физических связей, молекулы могут соединяться топологической, которую нельзя нарушить без разрыва молекулярного скелета. Примером веществ с такими связями являются катенаны: они представляют собой цепь из замкнутых молекулярных колец. В природе топологические связи могут образовывать гибкие полимерные цепи вроде ДНК или некоторых белков.

Топологические связи также позволяют химикам «вязать» из молекул узлы. В координации нужных частей молекул в пространстве им помогают металл-органические и ковалентные темплаты-распорки, водородные и координационные связи, а также гидрофобные взаимодействия. Один из универсальных способов получения молекулярных узлов и топологических связей основан на использовании закрученных структур, которые сворачивают две или три пряди вокруг друг друга.

Девид Лей (David Leigh) с коллегами из Манчестерского университета синтезировали молекулярный бесконечный узел из шести вытянутых молекул на основе тиазоло[5,4-d]тиазола по совершенно другому пути. Ионы металла в проведенном эксперименте способствовали переплетению молекулярных прядей, а не их скручиванию, сгибанию или прохождению через петли. Ключевым промежуточным продуктом должна была стать молекулярная сетка 3×3, напоминающая кусок ткани, образование которой зависело от аниона в ее отверстиях. Затем концы сетки соединяли попарно в нужном порядке друг с другом так, что образовалась молекула, напоминающая символический в тибетском буддизме бесконечный узел.

Структура получаемой молекулярной сетки и бесконечного узла

David Leigh et al. / Nature Chemistry, 2020

Поделиться

Чтобы сплести из молекул «ткань», каждая прядь должна как минимум один раз пройти под, а затем над и снова под другими прядями, возвращаясь в исходную плоскость. Если в макромире при должном усердии деревянные палки можно сплести между собой в решетку, так как они скрепятся за счет внутреннего напряжения в областях перекрещивания, то на молекулярном уровне у таких структур есть ограничения. Авторы работы провели множество экспериментов с различными системами, в которых трифталат цинка координировал положение молекулярных «прядей», однако получить сетки три на три так и не удавалось. Когда авторы использовали менее объемный анион тетрафторборат, молекулы организовались в нужную структуру.
Молекула пряди состояла из тиазоло[5,4-d]тиазоловых групп с бензимидазоловыми и пиридиновыми частями с внешних координационных сторон и двумя тиазолотиазоловыми частями с 4-диметиламинопиридиновыми группами на внутренней стороне. 4-диметиламиновая часть молекулы оказывалась донором π-электронов, что увеличивало координационную способность ионов метала в этом положении, обеспечивая скрепление «прядей».

«Торчащие» концы химики соединяли поэтапно по реакции метатезиса олефинов, в которой соединения с двойной связью «обмениваются» заместителями. Сначала связали два свободных конца с этиленовыми участками с одной стороны сетки, затем два с противоположной стороны по диагонали. Затем в одну стадию образовали две петли на противоположных сторонах, и на следующей стадии — соединили последние два угловых конца. Структуру и концентрации полученных в результате синтеза веществ авторы определяли с помощью методов спектроскопии ядерно-магнитного резонанса, масс-спектрометрии и рентгеновской дифракции.

Максимальный теоретический выход молекулярных «бесконечных узлов» составлял 12,5 процентов, а на практике этого вещества в смеси оказалось семь процентов. Побочным продуктом был макроцикл, который получился при развязывании узла и последующем соединении концов на последнем этапе синтеза при удалении ионов металла. Его в смеси было 37 процентов. Больше всего оказалось в смеси молекулярных «узлов Соломона», которые представляли собой два переплетенных макроцикла.
По словам авторов, «вязание» с помощью координирования цепей ионами металлов может стать новым типом топологий молекулярных узлов и двумерных молекулярных тканей.

У полученной авторами молекулы оказалось семь перекрещиваний молекулярной цепочки. А почти четыре года назад эта же группа ученых синтезировала молекулярный узел с восемью перекрещиваниями. В получении этого вещества также применяли ионы металлов и реакцию метатезиса олефинов, однако создавать сетку из исходных молекул в том случае не понадобилось. Большую роль в подобных исследованиях играет компьютерное модделирование, которое позволяет определить, какие узлы могут быть стабильны. Два года назад итальянские химики посчитали, что есть смысл попытаться получить узлы с 10 и 15 пересечениями — они в теории должны обладать устойчивой структурой.

Алина Кротова

https://nplus1.ru/

Ключевые слова:

Читайте также:
Назван способ похудеть без лишних ограничений

Чтобы «беспроблемно» сбросить лишний вес, желающим похудеть стоит начать практиковать контроль порций. При этом, калорийные продукты нужно оставить на завершение приема пищи
Подробнее »»

Источник


Об авторе: admin

Ваш комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Ученые нашли белок, связанный с ревматоидным артритом

Ученые нашли белок, связанный с ревматоидным артритом

Ученые нашли белок, связанный с ревматоидным артритом TARM1 – рецепторный белок, роль которого в...

Чем грозит грипп после коронавируса

Чем грозит грипп после коронавируса

Чем грозит грипп после коронавируса Заболеваемость гриппом через некоторое время после...

Коронавирус окончательно распоясался

Коронавирус окончательно распоясался

Коронавирус окончательно распоясался За всю историю пандемии не было таких сильных различий в...

Напишите мне