Исследование проводилось совместно под руководством покойного нобелевского лауреата профессора Фрейзера СТОДДАРТА, а также доцентов-исследователей доктора Чун ТАНА и доктора Жуйхуа ЧЖАНА с химического факультета ХГУ. Вклад также внесли исследователи из HKU, Северо-Западного университета и других глобальных институтов.

Катенаны и механическая хиральность

Катенаны - это уникальные молекулярные структуры, образованные механическим сцеплением двух или более колец, сродни звеньям цепи. В отличие от ковалентных связей, эти кольца удерживаются вместе механическими силами. Механическая хиральность относится к хиральности, возникающей из-за неперемещаемого пространственного расположения взаимосвязанных молекулярных колец, что может существенно повлиять на их свойства и функции.

В этом исследовании исследователи продемонстрировали, что два ахиральных кольца с определенными симметричными свойствами могут создать катенан с механической хиральностью благодаря инновационной стратегии изоструктурной десимметризации. Это позволяет катенану принимать компактную ко-конформацию, аналогичную его ахиральному аналогу. При соединении в такой компактной форме кольца теряют свою индивидуальную симметрию и образуют хиральные структуры, которые не могут перекрываться со своими зеркальными отражениями - свойство, известное в химии как хиральность.

Технические инновации и методология

Исследовательская группа разработала катенан с регулируемой хиральностью, достигаемой с помощью хиральной индукции и передовых методов синтеза. Вводя молекулы хирального дисульфоната, они могут отдавать предпочтение одной зеркальной форме перед другой, позволяя точно контролировать поведение катенана в растворах и твердых кристаллах. Такая настраиваемость, обусловленная компактным дизайном и стратегической корректировкой геометрии молекул, предполагает многообещающее применение в "умных" материалах, нанотехнологиях и разработке новых лекарственных препаратов. Вычислительное моделирование и экспериментальная проверка позволили манипулировать хиральностью путем управления взаимодействием и механическими перемещениями сцепленных колец, обеспечивая переходы между различными хиральными состояниями. Исследователи также обнаружили, что равновесие между этими энантиомерами можно регулировать путем введения определенных хиральных молекул, индуцирующих хиральность и оптическую активность.

Потенциальные области применения

В нанотехнологиях эти катенаны могут быть использованы для создания молекулярных машин со специфическими хиральными функциями, которые выполняют такие задачи, как распознавание молекул или адресная доставка лекарств. В материаловедении настраиваемые свойства этих структур могут привести к разработке новых материалов и композитов с настраиваемыми механическими и оптическими характеристиками для зондирования и других применений.

"Способность создавать и контролировать механическую хиральность в катенанах открывает новые возможности для разработки передовых функциональных материалов и искусственных молекулярных машин", - сказал доктор Тан. "Наши результаты подчеркивают потенциал использования механических связей для создания хиральности, что может иметь важные последствия для области химии и материаловедения".