MC Hammer и светящийся каркас: рассказываем о химии из твиттера рэпера

Движение #BlackinChem организовали шесть американских химиков, чтобы поддержать афроамериканцев и представителей других небелых рас, работающих в различных областях химии. В рамках этой акции каждый день с 10 по 16 августа химики рассказывают о себе, своей работе и проблемах, с которыми сталкиваются в академической среде. Один из участников движения поделился ссылкой на свою статью о фотолюминесцентных и радиолюминесцентных металл-органических каркасах. Рэпер MC Hammer заметил эту публикацию и ретвитнул ссылку, а затем и опубликовал отдельный твит с названием статьи и ссылкой на нее. Редакция N + 1 рассказывает, что такое металл-органические каркасы, чем они интересны, и что именно сделали авторы работы, которую прославил рэпер.

Химики говорят, что металл-органические каркасные структуры — пограничные между органической и неорганической химией. С одной стороны, они отчасти похожи на полимерные материалы, потому что состоят из множества повторяющихся элементов. С другой — в их составе присутствуют атомы или ионы металлов. Но самое интересное в них — это сложная пространственная структура, именно она дает им полезные свойства.

Металл-органические каркасы (по-английски их называют metal-organic frameworks, MOF) химики собирают из двух главных компонентов. Это, во-первых ионы металлов или группы молекул из атомов металлов (кластеры), которые держатся вместе благодаря ковалентным связям. Второй компонент — органические молекулы или лиганды. Получается ажурная сетка сложной конфигурации, где в узлах сетки — ионы или кластеры, а соединяют их органические лиганды или линкеры. В этих конструкциях, в которых, как сказали бы художники, «много воздуха», а химики говорят о пористых структурах с размером пор в несколько нанометров. Размеры и конфигурация пор могут очень сильно меняться в зависимости от того, какие ионы и лиганды вы взяли, и какой способ синтеза выбрали.

Как другие пористые структуры, MOF обладает очень большими площадями поверхности, поэтому главная область применения каркасов — всевозможные фильтры и катализаторы. В частности, их используют для адсорбции токсичных газов и даже пиротехники.

Но на этом возможности каркасов не заканчиваются. Если встроить в их трехмерные решетки органические молекулы-хромофоры, можно получить, например, детекторы гамма- или рентгеновского излучения. Люминесцентные металл-органические каркасы будут излучать видимый свет в ответ на облучение ультрафиолетом или ионизирующим излучением (сцинтилляция) с большей эффективностью, чем в свободном виде. Встроенная в жесткую структуру молекула с меньшей вероятностью избавится от лишней энергии, изменив свою конформацию, поэтому ей останется только испустить квант света.

Авторы работы, на которую сослался MC Hammer, Стивен Матис (Stephan Mathis) с коллегами использовали для постройки каркаса производное от стильбена — молекулы, которая испускает видимый свет под действием ионизирующего излучения, а также соли трехвалентных лантанидов. Структура каркаса выглядит как ромбовидная сеть с крупными порами, образованную ионами лантанидов с карбоксильными группами и лигандами, способными к фотолюминесценции. Из-за того, что молекулы «держит» жесткая структура, других путей избавиться от энергии, кроме люминесценции, у молекул не оставалось. Поэтому такой металл-органический каркас эффективно реагировал на возбуждение ионизирующим излучением.

Такие металл-органические каркасы можно использовать в детекторах ионизирующего излучения — например, для биологической безопасности, радиографии и мониторинга радиоактивного загрязнения.

MC Hammer не первый раз делится со своими читателями научными работами. Еще в 2014 году он ссылался на новостную заметку об управлении поведением мух с помощью воздействия лазера на их мозг, а в июле общался с читателями на тему, есть ли у сердца мозг, может ли оно думать и испытывать эмоции, делился статьей о передаче информации о поведении между поколениями, научно-популярным видео о слизевиках и заметкой о передаче информации с помощью вирусов.

Помимо MC Hammer, движение #BlackinChem поддержали нобелевский лауреат по химии в 2018 году Фрэнсис Арнольд и американский актер Майкл Би Джордан.

Музыканты нередко увлекаются наукой, а иногда довольно серьезно. Например, солист группы «The Offspring» Брайан Кит Холланд в 2017 году защитил кандидатскую диссертацию по биоинформатике.