Svakodnevni predmeti kao što su metalni lanci, lisice i privesci za ključeve su primeri koji demonstriraju jedinstvenu kombinaciju svojstava gde su tvrdi, kruti prstenovi međusobno povezani da bi pokazali fleksibilnost i snagu u celini, i kao takvi im omogućavaju da usavrše svoje predviđene funkcije.
Molekuli sastavljeni od međusobno povezanih prstenova nano veličine poznati su kao katenani, koji su obećavajući kandidati za razvoj molekularnih prekidača i mašina. Ipak, zbog njihove izazovne sinteze, primene katenana u drugim oblastima su uglavnom neistražene.
Nedavno je istraživački tim na čelu sa profesorom Ho Iu Au-Ieungom sa Odseka za hemiju Univerziteta u Hong Kongu (HKU) sintetizovao katenan sastavljen od dva kruta makrociklusa koji se slobodno rotiraju i pokazao da se katenan može snažno i selektivno vezati za bilo bakar(I) katjon ili sulfat anjon uprkos njihovom suprotnom naelektrisanju i različitoj geometriji.
Sposobnost otkrivanja i razlikovanja ovih specifičnih jona ima važne implikacije za primenu u oblastima kao što su praćenje životne sredine i medicinska dijagnostika. Rad je nedavno objavljen u Nature Communications.
Kako se ista naelektrisanja odbijaju, a suprotna naelektrisanja privlače jedno drugo, mesto vezivanja koje privlači pozitivno naelektrisani katjon će normalno doživeti odbojnu interakciju sa negativno naelektrisanim anjonom i obrnuto, što je činilo dizajniranje domaćina koji je pogodan i za katjon i za anjon veoma izazovnim. .
Da bi se ovo prevazišlo, tim je instalirao i mesta vezivanja katjona i anjona na svakom od međusobno povezanih prstenova, a zahvaljujući rotacionim kretanjima katenana, domaćin može efikasno da podesi relativnu poziciju mesta vezivanja i slobodno prilagodi specifičan oblik koji je povoljan. za sferni bakar(I) katjon ili tetraedarski sulfat anjon, koji podseća na kameleona koji može da promeni svoj izgled da bi se uklopio u specifično okruženje.
Pored svog industrijskog i ekološkog značaja, i bakar(I) i sulfatni joni su neophodni za pravilan rast ćelija i razvoj organizma. Snažno i selektivno vezivanje za ove jone od strane domaćina katenana moglo bi se stoga iskoristiti za ekstrakciju i recikliranje ovih jona iz uzoraka životne sredine.
Takođe, kao što merenje natrijum jona, hlorida i drugih elektrolita u uzorcima krvi može biti rutinski test za praćenje krvnog pritiska i opšteg zdravlja, nove tehnologije za selektivno prepoznavanje i vezivanje jona i minerala biće korisne u dijagnostičke i terapeutske svrhe.
„Ovaj rad ističe katenan kao efikasnog kandidata za moćne molekularne receptore sa raznovrsnim strukturama, promenljivim svojstvima i ponašanjem vezivanja gostiju“, rekao je profesor Au-Ieung.
Što se tiče budućih planova, profesor Au-Ieung i njegova grupa razvijaju sofisticiranije domaćine katenana za istovremeno vezivanje više katjona, anjona i jonskih parova.
