Syntetiska molekyler har typiskt sett specifika jobb för att förhindra eller påskynda reaktioner mellan andra molekyler. För att hjälpa till att kontrollera mer komplicerade reaktioner kan forskare utnyttja ledigt utrymme i en molekyl för att syntetisera en annan kemisk struktur. Värd-gäst-sammansättningen kan bättre framkalla den specifika önskade reaktionen än någon komponent individuellt – om forskarna som designar sammansättningen får det rätt.
Ett team med flera institutioner baserat i Kina har rapporterat om ett nytt kluster - gästen - som kärnor inuti en polyoxometalat (POM) nanoreaktor - värden. Den resulterande värd-gäst-sammansättningen har förbättrad peroxidasliknande aktivitet, vilket innebär att den kan hjälpa till att påskynda reaktioner som involverar nedbrytning av H2 O2 .
Dessa reaktioner är kritiska i biologiska processer, som att skydda genetiskt material från oxidationsskador, och har konsekvenser för avancerade biotekniska processer, enligt forskarna.
De publicerade sitt arbete i Polyoxometalates .
"Fördelarna med utrymmesbegränsad syntes är inte begränsade till anpassning av form, storlek och sammansättning, utan av exakt kristallorientering och rumslig position för önskade produkter", säger motsvarande författare Peng Yang, professor vid College of Chemistry and Chemical Engineering , Advanced Engineering Research Center vid utbildningsministeriet, Hunan University.
"Från nanoteknik till kristallteknik har en mängd kemiska krafter använts för att styra den begränsade tillväxten av gästkomponenter i värdbehållaren, såsom kolnanorör eller metallorganiska ramverk/burar."
POM är ett molekylärt ramverk som består av flera metalljoner och delade syreatomer med en hålighet i mitten. I denna hålighet syntetiserade forskare ett nytt flerkomponentkluster med hjälp av positivt laddade joner av järn och cerium, såväl som fosfat. Klustret bildade kärnor, vilket betyder att det bildade ett kluster med ett tydligt centrum i POM:s hålighet.
"Vi fann att nya strukturer av polyoxometalater kan erhållas genom att begränsa syntonerna inom specifika nanoutrymmen, och den begränsade syntetiska metoden utmärker sig för att tillåta oss att dra nytta av dessa nanorymden," sade Yang och förklarade att syntoner inte är ett reagens utan kan signalera start av ett reagens som behövs för att syntetisera en målmolekyl. "Inom håligheten av detta polyoxometalat har vi framgångsrikt kärnbildat detta nya kluster för första gången."
Forskarna analyserade klustrets struktur och sammansättning, samt undersökte dess potentiella funktioner. Enligt Yang gav preliminära studier av POM-klustret lovande resultat som vittnar om dess förmåga att detektera askorbinsyra – en antioxidant som hjälper till att skydda celler från fritt syre som kan orsaka skada – med hög känslighet och specificitet.
"Detta arbete öppnar upp för fler möjligheter i utvecklingen av POM-baserade molekylära sammansättningar från skräddarsydd syntes via strukturell design till applikationsexpansion," sa Yang.
Mer information: Hong-Xin Sheng et al., Från begränsad tillväxt till ökad peroxidasliknande aktivitet:kärnbildning av ett fosfatmedierat Fe III–Ce III–oxo-kluster inuti {P 8W 48} nanoreaktorn, Polyoxometalates (2024). DOI:10.26599/POM.2024.9140060
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
