Forskare vid Kanazawa University och University of Tsukuba rapporterar in Kemi – En europeisk tidskrift syntesen av en sluten molekylär bur med områden som kan öppnas. Öppningen uppnås genom kemiska reaktioner som bryter de molekylära enheterna som fungerar som förslutningar.

Molekylära burar erbjuder möjligheten att kapsla in joner eller andra molekyler. Om burstrukturen har en "lucka" som kan öppnas eller stängas på ett kontrollerbart sätt, den kan fungera som en molekylär grind. Nu, Shigehisa Akine från Kanazawa University och medarbetare har designat en ny typ av molekylär bur med en lucka som öppnas genom en speciell kemisk reaktion:disulfidutbyte.

Strukturen som syntetiserats av forskarna är en metallomolekylär bur, involverar tre koboltjoner kopplade av tre cystaminligander. (Cystamin är en organisk disulfid:molekylen har två bundna svavelatomer till var och en av vilka en etylamingrupp är fäst.) I sin syntetiserade konfiguration, buren är stängd.

Experimentella och beräkningsstudier av burstrukturen visade att cystaminliganderna stänger av områden som annars skulle vara öppningar. Forskarna spekulerade därför i att reaktioner med tiolatanjoner skulle öppna upp dessa "blockerade" öppningar, eftersom disulfid-tiolatanjonreaktioner är kända för att spjälka disulfidbindningar, och därmed bryta cystaminerna i två delar.

För att testa hypotesen att reaktioner med tiolatanjoner kan omvandla den initialt stängda buren till en öppen, Akine och medarbetare undersökte upptaget av cesiumjoner (Cs+), eftersom dessa verkligen skulle passa i den öppnade buren.

Forskarna exponerade först molekylerna för cesiumjoner i frånvaro av tiolatjoner och övervakade efterföljande strukturella förändringar med hjälp av kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi. Efter cirka 14 timmar, ett 50-procentigt upptag av Cs+ hade skett. Sedan, samma procedur utfördes med tiolatjoner närvarande. Redan efter en timme, ett 50 procentigt Cs+-upptag observerades. NMR-signalen för den öppna buren, dock, inte observerades, vilket tyder på att bara en liten del av molekylerna hade öppnat sig.

Ytterligare mätningar bekräftade att cesiumjonen verkligen blir inkapslad i den slutna buren, och att tiolatanjonen, och inte en amin som också finns i blandningen, orsakar upptaget av Cs+. Akine och medarbetare drar slutsatsen att "konceptet med den metallomolekylära buren med öppen/stäng-funktioner tros vara användbar för att konstruera molekylära behållare i vilka en specifik gäst kan fångas eller släppas ut vid extern stimulans, och on-demand gästupptagnings-/releasesystemen skulle tillämpas på nya funktionella system med ett unikt lyhört beteende."

tiolater

Tiolater (även kända som merkaptider) är salter som består av en motkatjon och en tiolatanjon, som i sin tur består av svavel fäst vid en organisk rest.

Tiolatanjoner reagerar med disulfider (två bundna svavelatomer), bryta S-S-bindningen.

Shigehisa Akine från Kanazawa University och medarbetare har nu använt denna kemiska reaktion för att öppna upp en ursprungligen stängd, burliknande molekyl. De kunde först syntetisera burliknande molekyler med 3 cystaminligander som stänger till "hål" i molekylerna. Cystaminer är symmetriska molekyler med en disulfid i mitten. Reaktioner med tiolatanjoner bryter cystaminerna i två delar, vilket leder till att buren har hål genom vilka atomer eller joner—Akine och medarbetare demonstrerade idén med Cs+-joner—kan komma in.