Ibland kan en molekyl endast genomgå en särskild kemisk reaktion om den bildar ett så kallat värd-gästkomplex tillsammans med en annan molekyl-de två molekylerna binds då inte av kovalenta bindningar utan av intermolekylära krafter. Det som händer är att först värden känner igen gästen, varefter den kemiskt kan reagera och bli en annan molekyl.

Men nu, Shigehisa Akine och kollegor från Kanazawa University har visat att den omvända ordningen också är möjlig:först, värden genomgår en kemisk reaktion, varefter den känner igen och bildar ett komplex med gästjonen. Dessutom, de fann att ordningen för igenkänning och reaktion kan ändras genom att modifiera gästjonen. Att skilja mellan de två alternativen ("erkännande först" eller "reaktion först") blir viktigt när tidsperioden för de två processerna sker avsevärt, en situation som kan utnyttjas i applikationer inklusive läkemedelsleverans.

För deras studier, forskarna använde en kobolthaltig värdmolekyl (en 'metallohost'), som har en hålighet som kan ta emot en viss jon (laddad atom) som gäst. Metallvärden kan genomgå reaktioner av den typ som kallas ligandbytesreaktion. Fördelen med att använda detta värdsystem är att de förekommande reaktionsprocesserna är långsamma, och lätt övervakbar med kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi. Som gästjon, Akine och kollegor använde en förening som heter NaOTf, som innehåller en natriumjon, som kan uppta värdens hålrum när värd-gästkomplexet bildas.

Efter att ha lagt NaOTf till metallohost, NMR -signalen pekade initialt inte på en strukturell förändring. Dock, efter tre timmar, en förändring skedde, indikerar bildandet av nya molekyler. För att avgöra om processen var "erkännande först" eller "reaktion först", forskarna undersökte kinetiken för ligandbytesreaktionen, och dess relation till natriumkoncentrationen. De fann att reaktionshastigheten ökade betydligt med ökad koncentration av natrium, vilket fick dem att dra slutsatsen att för natrium var mekanismen "erkännande först".

Akine och kollegor utförde liknande experiment med kalium- och rubidiumbaserade gästföreningar. Intressant, de observerade att ligandutbytet sedan skedde i gästfri form, vilket innebär att den övergripande processen var "reaktion först".

Det observerade beroendet av typen av bindning som äger rum på typen av gästmetalljon lägger inte bara till nya insikter om värd-gästkemi och deras dynamik, men kan också leda till applikationer. Forskarna tror att "förståelsen av mekanismen skulle hjälpa till att utveckla nya tidsprogrammerbara gästupptagnings-/frisläppningssystem som läkemedelsleveranssystem."