Найменший і найміцніший вузол у світі має довжину всього 54 атоми
Можливо, це великий прорив у топології та молекулярній хімії.
Вчені побили рекорд зі створення найменшого і найщільнішого молекулярного вузла, створивши хімічну речовину, яка самозбирається за формулою [Au6{1,2-C6H4(OCH2CC)2}3{Ph2P(CH2)4PPh2}3] .
Те, як молекула впливає на інші, залежить не лише від елементів, з яких вона складається, але й від того, якої форми вони набувають. Складні молекули можуть складатися у величезну кількість способів, і іноді лише один з них призводить до бажаних біологічних ефектів. Прогнозування та контроль такого згортання вважається однією з найскладніших проблем у науці, де комп’ютери лише починають витісняти людину.
Вузли представляють крайній ступінь цього. Нелегко зв’язати навіть довгі тонкі нитки атомів у вузли, тому що не можна просто схопити кінці, як шматки мотузки на вітрильнику. Пошук способів зв’язування молекул у вузли може допомогти розвинути здатність людства до більш практичного вузлування. Оскільки ДНК, РНК і багато білків в’яжуться без втручання людини, вміння в’язати вузли самостійно допоможе нам зрозуміти поведінку цих життєво важливих молекул.
Вузли класифікуються за кількістю перетинів. Au6 утворює найпростіший тип нетривіального вузла з трьома перехрещеннями, відомий як трилисник.
Хіміки не можуть виміряти щільність молекулярних вузлів у фізичному сенсі, тому вони використовують кількість атомів у вузлуватому ланцюгу, поділену на кількість перетинів, як проксі. Чим менше атомів припадає на один перетин, тим міцніший вузол.
Au6, створений командою під керівництвом професора Річарда Паддефатта з Університету Західного Онтаріо, має лише 54 атоми в своїй основі. Це порівняно з попереднім рекордом для металевого вузла – 69 атомів, тоді як жоден органічний трилисник не мав у своєму складі менше 76 атомів. Набагато більші вузли, з набагато більшою кількістю перетинів, досягли показника міцності 24, але 54 атоми Au6 і показник міцності 18 легко б’ють усі рекорди. Теоретичні моделі припускають, що 50 атомів можуть бути мінімумом для вузла.
Більшість молекулярних вузликів передбачає створення все більш складних вузлів, але існує нішева підгалузь у виробництві все більш міцних вузлів, як доводить відео нижче:
Невеликі вузли зазвичай виготовлялися за допомогою іонів металу для витягування гвинтових ланцюгів у потрібну форму, а потім витягування металів, щоб залишити вузол позаду. Це, серед іншого, сходинка до міцніших і легших пластиків.
Au6, однак, виготовляється по-іншому, і Паддефатт розповів New Scientist, що це була випадковість. Вони змішували дві рідини, що містили різні молекули, щоб отримати структури з переплетеними, але не вузлуватими ланцюжками, які називаються катенанами. Використовуючи рентгенівську кристалографію для вивчення продукту, вони виявили, що деякі з катенанів самостійно зібралися у вузли трилисника.
“Ми створили багато комбінацій ацетилідів золота і фосфінових лігандів, і вони ніколи раніше не давали трилисника”, – сказав Пуддефатт. “Ми не передбачали, що це станеться в даному випадку, так що це була випадковість”. Він також визнав, що процес не до кінця зрозумілий, хоча він повторюваний і має потенціал для використання в більш складних ситуаціях.
