Ротаксан разгрузил молекулы в ответ на приложение силы

Это произошло в растворе и в твердой фазе

Химики из Великобритании синтезировали молекулярный механизм, способный при приложении силы высвобождать органические молекулы. Для этого ученые получили набор ротаксанов, ковалентно связанных с небольшими молекулами. При помещении растворов ротаксанов в ультразвуковую баню или при их механической деформации высвобождалось до 71 процента связанных молекул. Исследование опубликовано в Nature.

Эта новость появилась на N + 1 при поддержке ежегодной Национальной премии в области будущих технологий «Вызов». В 2023 году ее присудили за ионный квантовый процессор, магниты из высокотемпературного сверхпроводника, вычислительные устройства на основе поляритонов и оптический транзистор, а также открытия, позволившие создать новые подходы для лечения заболеваний мозга

Ротаксаны состоят из двух механически связанных молекул — циклической и ациклической. При этом циклическая молекула как кольцо надета на ациклический «палец». А с двух сторон этого «пальца», как правило, расположены объемные органические фрагменты, чтобы циклический фрагмент свободно перемещался по ациклическому, но не соскальзывал с него.

Химики под руководством Гильома Де Бо (Guillaume De Bo) из Манчестерского университета синтезировали ротаксан, который может при необходимости высвобождать связанные с ним органические фрагменты. Молекулярный груз ученые прикрепили к ациклической части ротаксана с помощью реакции Дильса — Альдера. Они предполагали, что при приложении силы циклическая часть ротаксана будет двигаться и сбивать на своем пути прикрепленные молекулы.

Чтобы подтвердить гипотезу, ученые поместили раствор ротаксана (к каждой молекуле ротаксана была прикреплена одна грузовая молекула) в ультразвуковую баню. С помощью ЯМР-спектроскопии химики выяснили, что при облучении ультразвуком предварительно введенные в ротаксан органические фрагменты сталкиваются с его движущейся циклической частью, претерпевают реакцию ретро-Дильса — Альдера и отрываются. Так, около 70 процентов грузовых молекул выделяется в раствор. Как показали химики, то же самое происходит, если сдавливать образцы ротаксана с помощью пресса. Однако в этом случае выделяется до 30 процентов прикрепленных молекул.

Затем ученые синтезировали набор ротаксанов, в которых к ациклической части было прикреплено до пяти грузовых молекул. В этом случае из-за того, что молекулы ротаксана получались очень длинными, до 56 процентов молекул разрушались без высвобождения груза. А эффективность высвобождения для остальных молекул составляла около 20 процентов.

Таким образом, химики разработали молекулярную машину, способную выделять органические молекулы в раствор при ультразвуковой активации или механической деформации. Ученые успешно показали, что их ротаксаны могут нести на себе не только модельные фрагменты, удобные для экспериментов, но и более сложные молекулы — например, противораковый препарат доксорубицин. В будущем такие молекулярные машины можно будет применять для доставки лекарств, считают авторы статьи.

Ранее мы рассказывали о том, как химики заставили молекулярные кольца двигаться вокруг большого кольца с помощью электролиза. А прочитать подробнее про молекулярные машины можно в нашем материале «Машина из пробирки».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
На орудиях из памятника Ле-Мустье нашли древнейший в Европе клей из охры и битума

Возможно, его изготовили неандертальцы