Катализаторы оценивают для их способности ускорить химические реакции путем захвата молекулярных стандартных блоков и пришивания их. Но большинство катализаторов или включено или выключено — и не было очень ученых, мог сделать для щелкания выключателем. Теперь, однако, исследователи создали леса формы сэндвича для включения и от почти любого катализатора по желанию. Если развито далее, новый дизайн мог бы позволить исследователям обнаруживать мелкие суммы широкого спектра маленьких молекул — от взрывчатых веществ, таких как TNT к нейромедиаторам, несущим сообщения в нервной системе.
В отличие от промышленных катализаторов, много ферментов — биологические катализаторы, сделанные из протеинов — полагаются на маленькие молекулы для включения их и прочь. В процессе, известном как аллостерическая регуляция, закрепление определенной маленькой молекулы изменяет форму каталитического места протеина, позволяя ему функционировать. Связанный процесс может также разрушить катализатор, выключив фермент.
В последние годы несколько групп попытались подражать этому переключению для управления синтетическими катализаторами, используемыми во множестве производственных процессов, таких как создание пластмасс и других полимеров. Пять лет назад Чед Миркин, химик в Северо-Западном университете в Эванстоне, Иллинойс и коллегах создал систему, которая могла активизировать катализатор, имеющий два металлических атома в его ядре. Несмотря на то, что схема работала, только несколько катализаторов работают с двумя металлическими атомами. Кроме того, леса не могут быть легко адаптированы для работы с намного большим числом катализаторов, питающих просто единственный металлический атом в их ядре. Таким образом, Миркин и его коллеги хотели определить, могли ли бы они проектировать новую систему для работы с одно-металлическими катализаторами.
Они сообщают о выполнении так в сегодняшней проблеме Науки. Чтобы заставить систему работать, бригада Миркина проектировала катализатор для похожения на сэндвич с тремя слоями. «Мясо» в центре является содержащим алюминий катализатором, разработанным, чтобы раскрыть составы кольцевой формы и сшить их вместе в полимер, известный как поликапролактон. Когда катализатор выключен, два плоских органических соединения скрывают мясо как куски хлеба, препятствуя тому, чтобы катализатор взаимодействовал с другими молекулами. Но когда исследователи добавляют ионы хлорида, ионы связывают в краях внешних слоев хлеба, выгоняя ключевые атомы азота. Внешние слои распахиваются, позволяя катализатору сделать его работу. Удаление ионов хлорида делает моментальный снимок внешних слоев, закрытых, и катализатор выключен.
Венбин Лин, химик в Университете Северной Каролины, Чапел-Хилл, говорит, что впечатлен работой. «Это – очень общий подход, который может быть применим ко многим разным вещам», говорит Лин. Это могло сделать его полезным для обнаружения большого разнообразия маленьких молекул, таких как вещества, загрязняющие окружающую среду или составы существующий при определенных болезнях. Путем вызова производства катализатора больших сумм сущности метод упрощает определять, когда выбранные маленькие молекулы присутствуют. Новый метод мог также оказаться важным промышленно для управления работой многократных катализаторов, часто использующихся в тандеме для строительства полимеров и других сложных структур. В случаях, таких как они, исследователи были бы в состоянии включить катализаторы и прочь в определенные времена, гарантируя, чтобы производство обработало доходы в правильном порядке.
И это не конец, говорит Лин. «Я думаю, что, вероятно, будет другое новое [заявления], которые мы еще не понимаем».