Химия

Японские химики создали клетку для захвата плоских ароматических молекул по форме

·Андрей Котов
Японские химики создали клетку для захвата плоских ароматических молекул по форме
Иллюстрация: pronedra.ru

Молекулярные контейнеры — клетки, капсулы и оболочки из органических молекул — давно интересуют химиков как инструменты для сортировки, хранения и транспортировки отдельных молекул. Большинство существующих контейнеров «узнаёт» гостей по химическому сродству — зарядам, водородным связям, полярности. Японские учёные из Института молекулярных наук IMS (Оказаки) предложили другой принцип: захват молекул, подходящих по форме. Работа опубликована в Journal of the American Chemical Society (DOI: 10.1021/jacs.6c17351).

Конструкция π-брони

Авторы — Ясутомо Сегава, Такаси Харимото и Харука Кано — синтезировали два изогнутых π-сопряжённых органических фрагмента, способных к самосборке. При смешивании они спонтанно соединяются и образуют трёхмерную клетку с тремя боковыми отверстиями. Ароматические панели охватывают молекулу-гостя, откуда и происходит название — π-броня (π-Armor).

Форма внутренней полости определяет, какие гости могут разместиться в клетке. Достаточно малые плоские молекулы обратимо проходят через боковые отверстия. В изученном наборе геометрическое соответствие оказалось важнее различий электронных свойств.

Два режима захвата

Ключевое открытие: клетка работает в двух принципиально разных режимах в зависимости от размера гостя:

  • Малые гости — обратимый вход и выход; молекулы свободно проходят через боковые отверстия в обоих направлениях;
  • Крупные гости — захватываются во время самой сборки клетки: молекула-гость присутствует при формировании клетки, оказывается внутри и затем уже не может выйти. Авторы назвали этот комплекс карцеплексом (от латинского carcer — тюрьма). В изученных условиях нагрев и откачка не освобождали гостя.

Что даёт такой способ удержания

Такая конструкция помогает изучать молекулярное распознавание и удержание гостей без образования ковалентной связи с ними. Взаимодействие обеспечивают в том числе дисперсионные силы, возникающие между близко расположенными поверхностями молекул.

Читайте также: Химики впервые выделили устойчивую окисленную форму молекулы ураноцена.

Подход расширяет возможности супрамолекулярной химии, но пока не представляет собой готовую промышленную технологию разделения смесей. Удержание отдельных гостей при нагреве и откачке также не означает защиту от любых химических воздействий.