Russiske dukkemolekyler kunne virkelig rydde op

Nitschke-gruppen ved University of Cambridge designer hule molekyler, der fungerer som kapsler eller bure, der omslutter gæstemolekyler. Disse bure har spændende potentielle anvendelser inden for en række forskellige områder. De kunne, for eksempel, være skræddersyet til at levere lægemidler derhen, hvor de er nødvendige eller til at fjerne et forurenende molekyle fra en opløsning. I arbejde for nylig offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , holdet rapporterer om de spændende opdagelser, de har gjort ved hjælp af hierarkisk indlejrede værtsmolekyler, med en ydre vært, der indkapsler en indre vært, som holder gæstemolekylet. I deres nydesignede 'russiske dukke'-molekyler, de fandt ud af, at indkapsling kan forbedre den indre værts bindingsegenskaber. Deres resultater præsenterer også en ny måde at fikse stereokemien i en værtsramme på. Sådanne molekyler kan bruges i applikationer, der er afhængige af molekylær genkendelse, såsom katalyse, adskillelser, medicin levering, og sansning.

Programmering af molekyler

Alle burene Nitschke Group designer samler sig selv af simple byggeklodser. At designe dem kræver en grundig forståelse af precursormolekylernes geometri og hvordan de hænger sammen, så designet til de endelige burmolekyler i det væsentlige er 'programmeret' ind i byggestenene. Disse bure kan designes som store molekyler, og at have en række gæstebindingsevner.

I dette arbejde, målet var at indkapsle det hule kryptofan-111 (CRY) molekyle inde i et triazatruxen-baseret FeII4L4 kapselmolekyle. Kryptofaner er en type kovalent bur bygget ved hjælp af to cyclotribenzylenenheder. De kan indkapsle små molekyler (fx metan eller xenon), foruden kationer og anioner.

Mange kryptofaner er chirale molekyler, med en asymmetri, der betyder, at molekylet og dets spejlbillede ikke kan overlejres. (Det klassiske eksempel på chiralitet er den menneskelige hånd - vores venstre hånd er et spejlbillede af vores højre hånd, der ikke kan overlejres.) Et chiralt molekyle og dets spejlbillede omtales som enantiomerer.

Chiralitet - eller 'håndhed' - kan være meget vigtigt. I slutningen af ​​1950'erne og 1960'erne, et lægemiddel kaldet Thalidomide blev ordineret til gravide kvinder for at kontrollere morgenkvalme. Imidlertid, Thalidomid er et chiralt molekyle, og mens den venstrehåndede version er et nyttigt lægemiddel, den højrehåndede version er giftig og forårsagede alvorlige fødselsdefekter hos tusindvis af børn.

Russiske dukke molekyler

Som du kan forestille dig, et gæstemolekyle indesluttet i en kapsel i et ydre bur præsenterer en enormt kompleks struktur. Nitschke Group har BAG adgang til beamline I19, bringe prøver til Diamond til krystallografi hvert par måneder.

Prof Jonathan Nitschke siger:"Dr. Tanya Ronson er en strålende krystallograf, og hun og hendes team brugte diffraktion til at løse strukturen af ​​den krystal, som Dr. Dawei Zhang dyrkede. Det fortalte os molekylernes håndhævelse, og vi var i stand til at se cæsiumkationgæsten i strukturen. I19 er et fantastisk anlæg, og vi har et godt samarbejde med beamline-personalet. De resultater, vi opnåede hos Diamond, gjorde det muligt for os at se alle detaljerne i strukturen, og gav os en stor grad af sikkerhed."

Både gæste- og værtsmolekylet er chirale, og gæstemolekylet foretrækker at blive indkapslet af én version af værten. Resultaterne viste, at gæstemolekylet omarrangerede sig selv i opløsningen for at imødekomme denne præference - noget som holdet ikke havde set før.

At designe et værtsmolekyle, der kan skelne gæstemolekylets chiralitet (enantiodiskriminering), åbner betydelige muligheder for (f.eks.) at oprense lægemiddelforbindelser, så de kun indeholder den nyttige variant af molekylet. Holdet fokuserer nu på denne forskningsvej, samt det bredere felt af kemisk rensning. Burmolekyler kunne fungere godt i lukkede sløjfemiljøer, for eksempel, kræver langt mindre energi end nuværende rensesystemer.