Новости химической науки > Комфортная клетка для сульфат-анионов

Химики из США получили самоорганизующуюся «клетку», предназначенную для специфического распознавания сульфат-анионов. Рецептор достаточно прочно связывает сульфат, что позволяет использовать его для выделения сульфат-ионов из воды. Разработка может пригодиться для создания новых способов переработки отработанного ядерного топлива.

Сульфат-анион (красный и желтый) заключен в тетраэдр, образованный четырьмя центрами никеля, связанными самоорганизующимися лигандами (голубые/желтые). (Рисунок из Angew. Chemie Int. Ed, 2009. DOI: 10.1002/anie.200900108)

Раду Кустельцен (Radu Custelcean) и Бен Хэй (Ben Hay) из Национальной Лаборатории Оак Ридж (Теннеси) использовали компьютерное моделирование для предсказания идеального окружения для сульфат-анионов. Кустельцен поясняет, что выделить сульфат из водного окружения очень сложно, так как он образует двенадцать прочных водородных связей с окружающими молекулами воды, то есть для эффективного связывания сульфата необходимо их разрушить.

Расчеты, проделанные Хэем, показали, что для успешного разрушения клетки водородных связей сульфата с водой можно использовать шесть молекул мочевины, расположенных на гранях тетраэдра, таким образом, проблема исследователей заключалась в разработке способа правильного размещения молекул мочевины в пространстве. Казалось очевидным, что получение клетки такой формы средствами органического синтеза будет неэффективно, поэтому исследователи решили использовать подход, связанный с самоорганизацией.

Стабильные в воде бипиридиновые комплексы никеля оказались идеальными кандидатами для заполнения вершин тетраэдрической клетки. Окончательной задачей было разработать подходы к правильному размещению всех компонентов в пространстве. В решении этого вопроса исследователям помогла программа HostDesigner. Эта программа позволяет быстро перебирать возможные структуры (в данном случае было исследовано около 270000 структур). Разработанные структуры с помощью математического моделирования подвергли скринингу на предмет обнаружения тех, которые способны образовывать жесткие клетки.

Исследователи выбрали наиболее синтетически доступных кандидатов из предсказанных теоретически и решили проверить теорию на практике. В результате самоорганизации образовывались стабильные по отношению к воде клетки предсказанного строения. Изучение клеток с помощью рентгеноструктурного анализа подтвердило, что в их центре расположены сульфат-анионы.

Источник: Angew. Chemie Int. Ed, 2009. DOI: 10.1002/anie.200900108

метки статьи: #квантовая химия, #неорганическая химия, #новые материалы, #органическая химия, #элементоорганическая химия