توسعه ماکروسیکل های خود مکمل با مولکول های مبتکرانه

به گزارش سیناپرس، این مولکول ها که اغلب در طبیعت دیده می شوند، به عنوان "مجموعه های خود مکمل" نامیده می شوند. به عنوان مثال، هگزامر پروتئین p24، که بخشی از کپسید HIV (ویروس نقص ایمنی انسانی) است، از شش زیرواحد پروتئینی تشکیل شده است که به طور مکمل با استفاده از پیوندهای هیدروژنی زیادی خودآرایی می‌شوند.
این پدیده به مولکول‌هایی که به خوبی طراحی شده‌اند اجازه می‌دهد بدون یون‌های فلزی که معمولاً به‌عنوان مفاصل بین مولکول‌های مونومر استفاده می‌شوند، مجموعه‌های مرتب‌تری را تشکیل دهند. در واقع، بسیاری از مجموعه‌های خود جمع شونده بر اساس پیوندهای هیدروژنی ذاتی، برهم‌کنش‌های π و پیوندهای کئوردیناسیونی گزارش شده‌اند.
با این حال، مونتاژ خود تجمعی مبتنی بر سیستم‌های میزبان-میهمان نادر است و کنترل آن بسیار دشوار است. به منظور درک بیشتر ما از مونتاژ خود تجمعی با ساختارهای با مرتبه بالاتر، بسیاری از استراتژی های جدید در سال های اخیر آشکار شده اند.
اکنون، تیمی از محققان دانشکده علوم در موسسه فناوری توکیو (Tokyo Tech) ممکن است به تازگی راز توسعه این سیستم‌های نوآورانه را یافته باشند. این تیم به رهبری استادیار ماساهیرو یاماشینا و پروفسور شینجی تویوتا، یک مجموعه ماکروسیکل خود تجمعی جدید با استفاده از یک مولکول موچین مانند مبتنی بر آنتراسن با پیوند دهنده پیریدیندی کربوکسامید (PDA) به عنوان گونه مونومری ساخته اند. کار آنها در Nature Communications شرح داده شده است.
مولکولی که ما استفاده می کنیم یک خاصیت جالب دارد: می تواند از دو طریق با خود پیوند برقرار کند و ساختارهای خود تکمیل شونده را تشکیل دهد. نه تنها برهمکنش‌های π-π سر به دم را بین دم موچین غنی از الکترون (گروه‌های آنتراسن) و سر دارای کمبود الکترون نشان می‌دهد، بلکه پیوند هیدروژنی را از طریق گروه عاملی آمید (-NH) نشان می‌دهد. پروفسور یاماشینا توضیح می دهد که با ترکیب این دو تعامل، جهت مطلوب خودآرایی به دست می آید و این امر شکل گیری ماکروسیکل را هدایت می کند.
این نوع تعامل دوگانه منجر به کنترل بسیار بیشتر بر تشکیل ماکروسیکل های مصنوعی می شود و در این مورد، یک ساختار هگزامری خود تکمیل شونده پایدار پس از تبلور ایجاد می کند. این هگزامرها می توانند در شرایط مناسب به ساختارهای خود تکمیل شونده حتی بزرگتری مونتاژ شوند.
پروفسور تویوتا می‌گوید: هنگامی که اسید تری فلورواستیک (TFA) را اضافه کردیم، متوجه شدیم که هگزامرهای حلقوی بیشتر به دو ساختار فوق‌مولکولی غالب و پایدار تجمع می یابند: مجموعه‌های شبکه‌ای لوزی چند وجهی و cuboctahedra غول‌پیکر، به اصطلاح مجموعه سلسله مراتبی. ساختار دوم به ویژه چشمگیر است زیرا از 108 واحد موچین مونومر تشکیل شده است.
روش‌های کنونی برای تشکیل مجموعه‌های فوق مولکولی به فلزاتی نیاز دارند که می‌توانند به محیط زیست و اکوسیستم آسیب بزنند. روش جایگزین بدون فلز شرح داده شده در اینجا می تواند ساختارهای فوق مولکولی جدیدی را با استفاده از یک مولکول موچین ساده مبتنی بر آنتراسن ایجاد کند و در را به روی طیف جدیدی از مجموعه های فوق مولکولی با عملکردهای نوری و الکترونیکی باز می کند. این کار ابزار مهم جدیدی را در جعبه ابزار شیمی اضافه خواهد کرد، ابزاری که مطمئناً نقش مهمی در ساختارهای فوق مولکولی بدون فلز در آینده خواهد داشت.
منبع: phys.org
مترجم: سید سپهر ارومیهء