Создана «периодическая таблица» молекулярных узлов

Химики представили классификацию наиболее простых узлов, которые могут возникнуть в молекулах. Соединения, которые содержат многие из таких образований, уже были получены, но некоторые никогда раньше не удавалось синтезировать. Результаты изложены в журнале Nature Communications.

Узлы могут образовываться не только на веревках, но и в микромире. Вещества, которые называют молекулярными узлами, становятся стабильны за счет механического взаимодействия между разными частями соединения. Химикам уже удалось синтезировать вещества с несколькими различными типами узлов благодаря методам молекулярной самосборки. Однако вопрос о списке возможных подобных структур оставался открытым.

«До недавнего времени было получено только несколько типов молекулярных узлов, — говорит первый автор работы Маттиа Маренда из Международной школы передовых исследований SISSA (Италия). — Это были самые простые узлы, в которых было не более пяти пересечений». Можно было бы предположить, что следующим по сложности после узла с пятью пересечениями будет узел с шестью, но химики уже показали, что гораздо проще синтезировать намного более сложный узел с восемью пересечениями. Это предсказание было подтверждено в 2017 году, что и сподвигло ученых сделать это исследование.

В новой работе ученые на основе компьютерного моделирования представили «периодическую таблицу» молекулярных узлов, которые с наибольшей вероятностью можно получить с помощью самосборки при правильных условиях. Систематический подход к поиску новых структур показал, что принципиально новые молекулярные узлы существуют, но относительно просто с применением современных методов можно получить лишь небольшую их часть — всего около десятка структур из миллионов возможных простых узлов.

«Узлы, которые мы получили, внутренне просты, — поясняет Маренда. — Их молекулярное плетение оказывается модульным и высокосимметричным. Мы использовали эти особенности в качестве критерия для того, что отсеять огромное комбинаторное пространство возможных молекулярных плетений, и получили список типов, которые, вероятно, легко собирать из двух одинаковых блоков». Сейчас область исследования молекулярных узлов по большей части демонстративна, но ученые уже предложили, где их можно использовать на практике, — например, для создания молекулярных клеток. Такие структуры можно использовать в качестве управляющих элементов при построении молекулярных машин, что может пригодиться в электронике и медицине.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.