Los éteres corona, sintetizados por primera vez por el Dr. Charles Pedersen Du Pont, EE. UU. En 1962, fueron las primeras moléculas huésped macrocíclicas artificiales. Pueden capturar iones metálicos en su cavidad mediante la coordinación con sus múltiples átomos de oxígeno. Debido a la importancia deéteres de corona, el Dr. Pedersen recibió el Premio Nobel de Química junto con otros dos eminentes científicos en 1987. Se han sintetizado productos químicos similares a los éteres de corona, y son de gran interés para capturar toxinas del medio ambiente y sensores químicos.una molécula o ion huésped en su cavidad, estas moléculas podrían considerarse como contenedores artificiales de volumen minúsculo. Una molécula huésped en general puede capturar un ion en menos de 1 milisegundo, por lo que es una reacción instantánea. Debido a que la mayoría de los iones pueden entrar librementey salir de la cavidad, las moléculas huésped creadas hasta ahora pueden considerarse contenedores moleculares sin tapa tapa.
Por el contrario, un recipiente ordinario utilizado en nuestra vida diaria viene con una tapa tapa, que nos permite mantener objetos dentro o sacarlos y sacarlos libremente. Esta función puede parecer natural, pero se consideró difícilpara conferir este tipo de función a los contenedores moleculares. Para desarrollar contenedores moleculares con funciones de tapa para aplicaciones más prácticas como el almacenamiento y transporte de moléculas o la captación / liberación de moléculas diana a voluntad, es necesario desarrollar tecnologías para controlar dicha tapaabrir y cerrar como "¡abre el sésamo!" En otras palabras, se desea desarrollar mecanismos para hacer que la absorción / liberación de moléculas objetivo sea controlable en nuestra escala de tiempo diaria: segundos, minutos u horas. En el presente estudio, el equipo de investigaciónde la Universidad de Kanazawa diseñó y sintetizó una nueva molécula huésped macrocíclica, un metalohost, estructuralmente similar a un éter corona, pero con tapas. El equipo tuvo como objetivo desarrollar un nuevo sistema huésped-huésped mediante el uso de esta nueva maMolécula crocíclica con tapas intercambiables, que permite que la velocidad de entrada y salida de iones invitados se pueda ajustar libremente.
El equipo de investigación ha obtenido con éxito los siguientes resultados.
1. Desarrollo de una molécula huésped macrocíclica con tapas
Basado en el éter corona, se sintetizó una nueva molécula de metalohost macrocíclico que tiene cuatro grupos CH3NH2, dos en el lado superior y dos en el lado inferior de la molécula. Esta nueva molécula huésped macrocíclica puede capturar un ion metálico de una amplia variedad Na +, K +, Rb +, Cs +, Ca2 +, La3 +. El triflato CF3SO3- se introdujo en las posiciones de tapado; un triflato se ubicó en la parte superior y otro en la parte inferior de la cavidad. El análisis de la estructura cristalina de rayos X reveló que los triflatos sonmantenido en su lugar por enlaces de hidrógeno con los grupos CH3NH2.
2. Regulación de la absorción / liberación de iones mediante el intercambio de las tapas
El proceso de absorción / liberación de iones por una molécula huésped macrocíclica, como un éter corona, generalmente es extremadamente rápido, generalmente se completa en menos de 1 milisegundo. Por otro lado, se ha descubierto que la nueva molécula huésped macrocíclica desarrollada en este estudiocaptura los iones muy lentamente cuando se introducen las tapas. En particular, La3 + se capturó extremadamente lentamente; tardó más de 120 horas en completarse. Se cree que las tapas triflatas cubren la cavidad, evitando que La3 + acceda al espacio de unión.velocidad de absorción de iones dependía en gran medida de la especie de la tapa. Cuando se empleó ion acetato CH3CO2- como la tapa, la absorción de La3 + se completó en 5 minutos; la tasa se estimó al menos 100 veces más rápidaque en el caso donde se usa triflate como la tapa.
Como se vio anteriormente, la tasa de absorción de iones por parte de la nueva molécula huésped macrocíclica depende de la especie de la tapa. Además, las tapas de triflato pueden intercambiarse fácilmente con otras especies de tapa ya que las tapas de triflato solo son mantenidas por la molécula huésped macrocíclica a través de enlaces de hidrógenocon los grupos CH3NH2.
3. Control del inicio de la absorción / liberación de iones de una manera 'bajo demanda'
Incluso en una mezcla de iones, es posible controlar el inicio de la captación / liberación del ión objetivo intercambiando los tapones de manera programable y a pedido.
Aquí, se examinaron K + y La3 +; K + se capturó muy rápidamente mientras que la captura de La3 + fue muy lenta. Cuando se utilizó triflate como la tapa, se descubrió que solo K + se capturaba incluso si estos dos iones se mezclaban simultáneamente con el huésped macrocíclicomolécula. Aunque otros análisis indicaron que el complejo de inclusión con La3 + es de hecho más estable que el de K + estado metaestable, no se encontró ninguna conversión al complejo con La3 +. De hecho, incluso después de dos semanas, muy poco complejo de inclusióncon La3 + se detectó. Este resultado indica que las tapas de triflato evitan casi por completo que el ión entre y salga. Por otro lado, el mismo experimento con tapas de acetato en lugar de las tapas de triflato mostró un intercambio iónico rápido, 75 veces más rápido que en el caso contriflate caps. Además, cuando se añadió acetato 120 horas después de la formación del complejo de inclusión A, el intercambio rápido de iones comenzó de inmediato. En otras palabras, la especie cap puede funcionar como un ion-selecti5 regulador para el huésped macrocíclico, que genera un estado metaestable;Este estado metaestable nos permite controlar el flujo de iones en el host de una manera programable a pedido y en tiempo mediante el intercambio de las tapas.
Hasta ahora, muchos estudios han informado sobre el control de la absorción / liberación de iones por las moléculas del huésped, pero la mayoría de ellos se basaron en estímulos externos para cambiar la afinidad de unión de las moléculas del huésped. El presente estudio presenta un enfoque alternativo, donde la uniónla afinidad no cambia, sino que la velocidad de formación se controla mediante tapas. Un excelente ejemplo de control de la absorción / liberación de iones desde el estado metaestable es la función de los canales iónicos de las membranas biológicas para regular la concentración de iones intracelulares y extracelulares; esta función esindispensable para la supervivencia de los organismos vivos. La nueva molécula huésped macrocíclica ha realizado una función similar a la de una sola molécula.
Este estudio ha desarrollado un método novedoso para vincular la velocidad y la función de un huésped molecular a través del control programable en el tiempo de la unión del huésped. La tecnología desarrollada en este documento nos permitirá crear nuevas moléculas huésped que pueden controlar la captura de iones en unse espera que el resultado del presente estudio abra el camino para el desarrollo de funciones moleculares precisamente controlables en el tiempo, como la liberación de fármacos o moléculas funcionales en los lugares deseados de manera programable en el tiempo, impulsando máquinas moleculares * 4 a voluntad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Kanazawa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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