Kulstofkæder antager fusilli- eller spaghetti-former, hvis de har ulige eller lige tal

Skrueformede former er meget velkendte i den naturlige verden og, på molekylært niveau, af DNA, selve planen for selve livet.

Forskere ved University of Bristol har nu fundet ud af, at kulstofkæder også kan antage spiralformede former, men, i modsætning til DNA, formen er afhængig af hvor mange atomer der er i kæden, med kæder med lige antal kulstofatomer, der adopterer spiralformede, fusilli-lignende former og kæder med ulige antal kulstofatomer, der adopterer floppy, spaghetti-lignende former.

Forskellen, siger forskerholdet, mellem orden og kaos er et enkelt kulstofatom. Deres undersøgelse er offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkemi .

Kulstofkæder er som spaghetti - de er ret floppy og antager et sæt tilfældige og konstant skiftende former.

Bristol-holdet, fra universitetets kemiskole, viste, at de ved fornuftig indsættelse af methylsubstituenter langs kulstofkæder kunne kontrollere deres form, så de antog veldefinerede lineære (penne) eller spiralformede (fusilli) konformationer.

De spiralformede konformationer kan adoptere enten højre- eller venstrehåndede helixer, og holdet var interesseret i at vide, hvad der styrede, hvilken helix der blev dannet.

Hovedforfatter, Professor Varinder Aggarwal, sagde:"Vi var forbavsede over at opdage, at længden af ​​carbonkæden (antal carbonatomer) styrede, om den højre- eller venstrehåndede helix blev dannet.

"Endnu mere overraskende var det, at kulstofkæder med lige antal atomer dannede veldefinerede spiralformede strukturer (fusilli), men carbonkæder med ulige numre var meget diskretere og mere tilfældige i form (spaghetti).

"Ændringen i egenskaber af en homolog serie af molekyler forårsaget af den enkelte tilføjelse af et ekstra carbonatom er ekstremt sjælden - her resulterer det i forskellen mellem orden og kaos."

Denne type ulige-lige-effekt er blevet observeret i nogle bulkejendomme, såsom i tæpper af alkanthioler på en guldoverflade, men sådan adfærd i løsning er ikke velkendt eller forstået.

Gennem beregning og måling af molekylære egenskaber, Professor Aggarwal og hans team har været i stand til fuldt ud at forstå oprindelsen af ​​denne ulige-lige effekt, som styres af slutgrupperne.

Når slutgrupperne begge fremmer den samme følelse af helicitet, en ordnet struktur opnås, men når hver ende fremmer en modsat helix, kaotiske strukturer opnås.

Til fremtidige teknologiske anvendelser, disse fundamentale fund vil guide design af molekyler med ønskelig konformationel, og fysiske egenskaber.

Kulstofkæder med et lige antal atomer vil føre til molekyler med veldefinerede spiralformede former til deres anvendelse som ikke-omskiftelige stive materialer eller som stilladser til præsentation af molekylære genkendelseselementer.

Helixer er en grundlæggende struktur i biologiske molekyler (DNA, proteiner), og det er spændende at forestille sig analogierne til molekyler af den slags beskrevet i undersøgelsen.

Professor Aggarwal tilføjede:"Carbonkæder med et ulige antal atomer viste sig at antage mere diskret og mere tilfældig form.

"Vi undersøger nu, om formen af ​​disse kæder rent faktisk kan kontrolleres ved at manipulere grupperne i enderne af kæden. Dette kan gøre os i stand til at skifte fra en skrue-sans til en anden for anvendelser i responsive materialer."