Onderzoekers van Kanazawa University en de University of Tsukuba rapporteren in Chemie – Een Europees tijdschrift de synthese van een gesloten moleculaire kooi met gebieden die kunnen worden geopend. De opening wordt bereikt door chemische reacties die de moleculaire eenheden breken die als sluitingen werken.

Moleculaire kooien bieden de mogelijkheid om ionen of andere moleculen in te kapselen. Als de kooiconstructie een 'luik' heeft dat gecontroleerd kan worden geopend of gesloten, het kan werken als een moleculaire poort. Nutsvoorzieningen, Shigehisa Akine van Kanazawa University en collega's hebben een nieuw type moleculaire kooi ontworpen met een luik dat opent door een bepaalde chemische reactie:disulfide-uitwisseling.

De door de onderzoekers gesynthetiseerde structuur is een metallomoleculaire kooi, met drie kobaltionen verbonden door drie cystamineliganden. (Cystamine is een organisch disulfide:het molecuul heeft twee gebonden zwavelatomen aan elk waarvan een ethylaminegroep is bevestigd.) In zijn gesynthetiseerde configuratie, de kooi is gesloten.

Experimentele en computationele studies van de kooistructuur toonden aan dat de cystamineliganden gebieden afsluiten die anders openingen zouden zijn. De onderzoekers speculeerden daarom dat reacties met thiolaatanionen deze 'geblokkeerde' openingen zouden openen, aangezien bekend is dat disulfide-thiolaat-anionreacties disulfidebindingen splitsen, en breken zo de cystamines in twee delen.

Om de hypothese te testen dat reacties met thiolaatanionen de aanvankelijk gesloten kooi in een open kooi kunnen veranderen, Akine en collega's onderzochten de opname van cesiumionen (Cs+), aangezien deze inderdaad in de geopende kooi zouden passen.

De wetenschappers stelden de moleculen eerst bloot aan cesiumionen in afwezigheid van thiolaationen en volgden de daaropvolgende structurele veranderingen door middel van nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie. Na ongeveer 14 uur, er was een opname van 50 procent van Cs+ gebeurd. Vervolgens, dezelfde procedure werd uitgevoerd met aanwezige thiolaationen. Al na een uur, een 50 procent Cs+ opname werd waargenomen. Het NMR-signaal voor de open kooi, echter, niet waargenomen, wat suggereert dat slechts een klein deel van de moleculen was geopend.

Aanvullende metingen bevestigden dat het cesium-ion inderdaad wordt ingekapseld in de gesloten kooi, en dat het thiolaatanion, en niet een amine dat ook in de mix aanwezig is, veroorzaakt de opname van Cs+. Akine en collega's concluderen dat "het concept van de metallomoleculaire kooi met open/dicht-functies nuttig wordt geacht om moleculaire containers te bouwen waarin een specifieke gast kan worden opgesloten of vrijgelaten bij externe prikkels, en de on-demand gastopname/release-systemen zouden worden toegepast op nieuwe functionele systemen met een uniek responsief gedrag."

Thiolaten

Thiolaten (ook bekend als mercaptiden) zijn zouten bestaande uit een tegenkation en een thiolaatanion, die op zijn beurt bestaat uit zwavel gebonden aan een organische rest.

Thiolaatanionen reageren met disulfiden (twee gebonden zwavelatomen), het verbreken van de S-S binding.

Shigehisa Akine van Kanazawa University en collega's hebben deze chemische reactie nu gebruikt om een ​​oorspronkelijk gesloten, gekooid molecuul. Ze waren in staat om eerst kooiachtige moleculen te synthetiseren met 3 cystamine-liganden die 'gaten' in de moleculen afsloten. Cystaminen zijn symmetrische moleculen met een disulfide in het midden. Reacties met thiolaatanionen breken de cystamines in twee delen, wat leidt tot de kooi met gaten waardoor atomen of ionen - Akine en collega's demonstreerden het idee met Cs + -ionen - kunnen binnendringen.