Исследователи из ICN2 и UAB разработали новую стратегию получения различных типов органических молекул путём разрушения их молекулярных структур. Этот метод обеспечивает быстрое и точное производство молекул без использования традиционного химического синтеза. Результаты открывают путь к простому и эффективному производству сложных молекул с многообещающими приложениями в таких областях, как разработка новых материалов.
В исследовании представлен метод извлечения макроциклов
Макроциклы — это циклические органические молекулы, которые уже используются в нескольких отраслях, таких как пищевая промышленность, косметика и доставка лекарств. Чтобы получить их, команда начала с более крупных пористых кристаллических структур, называемых COF (covalent organic frameworks), которые содержали желаемые макроциклы в своей молекулярной структуре. COF — это широко изучаемые молекулы из-за их потенциального применения в таких областях, как хранение газов и процессы химического разделения.
Работа опубликована в журнале Science
Исследование, [опубликованное](https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw4126) в журнале Science, является результатом международного сотрудничества с участием исследователей из нескольких учреждений, включая Автономный университет Барселоны (UAB), Университет Жироны, Калифорнийский университет в Беркли и Институт материаловедения Барселоны (ICMAB-CSIC).
Техника основана на концепции химии клип-офф
Техника основана на концепции химии клип-офф, разработанной под руководством профессора ICREA Даниэля Маспоча, руководителя группы супрамолекулярной нанохимии и материалов ICN2, исследователя на кафедре химии UAB и ведущего автора исследования. Эта стратегия опирается на материалы, которые уже содержат целевые молекулы в своей структуре, которые затем выборочно «откусываются» и высвобождаются.
COF, использованные в исследовании, были заранее разработаны с использованием простых молекулярных предшественников, со специфическими химическими связями, включёнными в стратегические позиции, такими как двойные и тройные связи между атомами углерода, которые можно выборочно разорвать.
После синтеза COF следующим шагом стало высвобождение макроциклов. Для этого исследователи использовали озон в качестве молекулярного «скальпеля». Этот газ, состоящий из трёх атомов кислорода, может разрывать реактивные связи посредством процесса, известного как озонолиз. Это позволяет быстро и эффективно высвобождать макроциклы, устраняя необходимость в медленных и сложных путях синтеза.
Как объясняет профессор Маспоч: «Мы разрабатываем материалы, которые уже содержат кольца, к которым мы стремимся, используя простые строительные блоки — как детали LEGO, — а затем высвобождаем их с хирургической точностью».
Используя эту стратегию, исследователи успешно синтезировали девять различных типов макроциклов, некоторые из которых содержали до 162 атомов. Они включали несколько химических структур и различные функциональные группы, такие как альдегиды и [карбоновые кислоты](https://phys.org/tags/carboxylic+acids/), что демонстрирует универсальность метода.
Структура полученных макроциклов была подтверждена с использованием передовых методов, таких как масс-спектрометрия и сканирующая туннельная микроскопия. Значительный вклад в эти анализы внесла группа ICN2 по атомной манипуляции и спектроскопии под руководством профессора ICREA Айтира Мугарзы.
По словам авторов, «этот метод открывает путь к новому универсальному подходу к получению сложных молекул. Он имеет огромный потенциал для использования в различных областях, таких как органическая химия, нанотехнологии и разработка новых материалов, устройств, биосенсоров и т. д.»
Предоставлено Автономным университетом Барселоны.