Работа, опубликованная в журнале Nature Synthesis, посвящена созданию компактного катенана — молекулы, состоящей из сцепленных колец, — с управляемой механической хиральностью. Это открывает новые возможности в материаловедении, нанотехнологиях и фармацевтике.

Исследование проводилось под руководством нобелевского лауреата Фрейзера Стоддарта (увы, уже покойного), а также ассистентов-профессоров Чун Тана и Жуйхуа Чжана. В проекте участвовали специалисты из Северо-Западного университета (США) и других научных центров.

Катенаны — это молекулы, в которых два или больше колец сцеплены механически, как звенья цепи. Они удерживаются не химическими связями, а за счет пространственного переплетения. Хиральность же — это свойство молекулы быть несовместимой со своим зеркальным отражением, как левая и правая руки. В данном случае хиральность возникает из-за того, как именно сцеплены кольца.

Ученые показали, что даже если исходные кольца не обладают хиральностью, их сцепление в компактной форме приводит к появлению этого свойства. Более того, его можно контролировать, добавляя специальные хиральные молекулы — они заставляют систему предпочитать одну зеркальную форму другой. Это открывает путь к созданию:

• умных материалов, которые меняют свойства под внешним воздействием,
• молекулярных машин, способных, например, доставлять лекарства точно в цель.

Возможность управлять механической хиральностью катенанов — это новый инструмент в руках химиков и материаловедов, — говорит доктор Тан.

Это не просто фундаментальное открытие — у него есть четкие прикладные перспективы. Во-первых, контролируемая хиральность критически важна в фармацевтике: многие лекарства работают только в одной зеркальной форме (например, левовращающий ибупрофен эффективнее правовращающего). Во-вторых, такие структуры могут стать основой для молекулярных переключателей в нанороботах. В-третьих, материалы с программируемой хиральностью могут использоваться в оптике и сенсорах.

Однако сейчас речь идет о лабораторных экспериментах. До реальных применений — годы доработок: нужно решить проблемы масштабирования синтеза и стабильности таких молекул в реальных условиях.

Ранее ученые изучили сцепление пептидов для улучшения лекарств.