Levez les deux mains. Ils sont identiques dans leur structure, mais en face de miroir. Peu importe comment dur vous essayez, ils ne peuvent pas être superposées les unes sur les autres.

Ou, comme ils disent les chimistes, ils ont «chiralité», du mot grec pour la main. Une molécule est chirale qui est en deux formes identiques, mais opposés, tout comme à gauche et la main droite.



Université du Vermont chimique Severin Schneebeli a inventé une nouvelle façon d'utiliser chiralité de faire une clé. A l'échelle nanométrique clé.

La découverte de son équipe leur permet de contrôler précisément la forme et l'échelle nanométrique est prometteuse comme un très précis et facile pour créer des molécules personnalisés.

Cette utilisation de «assisté chiralité de synthèse" est fondamentalement une nouvelle approche pour contrôler la forme de grosses molécules-une des exigences fondamentales pour la préparation d'une nouvelle génération de matériaux synthétiques complexes, y compris les polymères et les médicaments.

Comment Lego

Des expériences avec anthracène, une substance présente dans le charbon, Schneebeli et son équipe assemblés à bandes C de molécules qui, en raison de leur chiralité, sont capables de se regrouper dans une seule direction.

"Ils sont comme des Lego ,: Schneebeli explique. Ces bandes de forme moléculaire une structure rigide qui est capable de tenir des cycles autres produits chimiques" d'une manière similaire à celle d'une tête de fermeture à cinq côtés, il intègre une clé pentagonale ", écrit l'équipe .

Les bandes C peuvent adhérer les unes aux autres, avec deux traverses, dans une orientation géométrique seulement. Par conséquent, contrairement à de nombreuses structures chimiques qui ont la même formule générale, mais ils sont flexibles et aptes à tourner dans de nombreuses formes différentes possibles.

"Cela a une seule forme», dit Schneebeli. «Il est comme une véritable clé," dit-il.

Sauf avec une ouverture cent mille fois inférieure à la largeur d'un cheveu humain: 1,7 nanomètres.

"Keeps complètement sa forme», explique, également dans divers solvants et dans de nombreux températures différentes ", ce qui rend pré-arrangé pour se lier à d'autres molécules d'une manière spécifique," dit-il.

Ceci est la clé, les nouveaux spectacles à l'étude, se lier de manière fiable à une famille de molécules de grande taille bien connu appelé «macrocycles pillarene." Ces anneaux pillarene ont eux-mêmes été souvent utilisé comme un «hôte», dans l'industrie chimique-parler, pour entourer et modifier d'autres produits chimiques "invités" dans leurs médias et ont de nombreuses applications possibles, à partir de substances de délivrance de médicaments à la lumière électroluminescente organique .

"Embracing pillarenes», l'équipe écrit Vermont: "bandes en forme de C sont capables de réguler l'interaction des armées avec des invités pillarene classique."

En d'autres termes, les chimistes peuvent utiliser la nouvelle clé pour régler à distance l'environnement chimique à l'intérieur pillarene de la même manière mécanique peut transformer un boulon à l'extérieur pour régler les performances au sein d'un moteur.

La nouvelle clé peut rendre obligatoires dans le anneaux pillarene "environ cent fois plus fort," que ce qu'elle aurait sans la clé, dit Schneebeli.

Faire modèles

"En raison de ce type de molécule, il est rigide, nous pouvons modéliser dans l'ordinateur, et du projet tel qu'il apparaît avant le synthétiser en laboratoire»,

UVM dit chimiste théoricien Jianing Li, associé de Schneebeli sur la recherche et co-auteur de la nouvelle étude. Ce qui est exactement ce qu'il a fait, la création de simulations détaillées de la façon dont la clé serait de travailler, en utilisant les processeurs d'ordinateurs dans le Vermont Advanced Computing base.

"Il est une idée révolutionnaire," Li a dit, "Nous contrôlons 100% de la forme, ce qui permet d'enregistrer et atomique nous permet de savoir ce qui va arriver avant de commencer à synthétiser en laboratoire."

Dans le laboratoire, chercheur postdoctoral et principal auteur de Xiaoxi Liu, diplômé Zackariah Weinert, et d'autres membres de l'équipe ont été chassés par les simulations informatiques pour tester le produit chimique réelle. L'utilisation d'un spectromètre de masse et un spectromètre RMN dans le département de chimie UVM, l'équipe a été en mesure de confirmer l'idée de Schneebeli.

Simplicité Creative

Sir Fraser Stoddart, le premier produit chimique d'un monde à l'Université Northwestern, a décrit la nouvelle étude que,

"Brillant et élégant! Creative et simple." Et, en fait, est la simplicité de la méthode qui rend puissant, dit Schneebeli. "Il est tout basé sur la géométrie qui contrôle la symétrie des molécules. Ceci est la seule forme que peut prendre ce qui le rend très utile."

Ensuite, l'équipe a l'intention de modifier des pièces formées en forme de C sont attachés ensemble avec deux liaisons formées entre les deux atomes d'azote et brome pour créer d'autres formes.

«Nous faisons un type particulier de spirale qui va être souple comme un ressort," dit Schneebeli, mais tenir sa forme même sous beaucoup de stress.

"Cette forme hélicoïdale pourrait être super-solide et souple. Vous pouvez créer de nouveaux matériaux, peut-être les casques les plus sûrs ou des matériaux pour l'espace», dit Schneebeli. "Dans la grande image, ce travail nous oriente vers des matériaux synthétiques avec des propriétés qui, aujourd'hui, n'a pas de matériel."

Xiaoxi Liu, J. Zackariah Weinert, Mona Sharafi, Chenyi Liao Jianing Li, Severin T. Schneebeli
Réglementer la reconnaissance moléculaire avec des bandes en forme de C obtenue par synthèse Chirality assistée
Angewandte Chemie International Edition, 2015;


Crédit: Severin Schneebeli, UVM