Il Nitschke Group dell'Università di Cambridge progetta molecole cave che fungono da capsule o gabbie che racchiudono le molecole ospiti. Queste gabbie hanno interessanti potenziali applicazioni in una varietà di campi. Potevano, Per esempio, essere adattato per fornire farmaci dove sono necessari o per rimuovere una molecola inquinante da una soluzione. In un lavoro recentemente pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana , il team riferisce sulle entusiasmanti scoperte che hanno fatto utilizzando molecole ospiti nidificate gerarchicamente, con un ospite esterno che incapsula un ospite interno, che contiene la molecola ospite. Nelle loro molecole "bambola russa" di nuova concezione, hanno scoperto che l'incapsulamento può migliorare le proprietà di legame dell'ospite interno. I loro risultati presentano anche un nuovo modo per fissare la stereochimica di una struttura ospite. Tali molecole potrebbero essere utilizzate in applicazioni che si basano sul riconoscimento molecolare, come la catalisi, separazioni, consegna farmaci, e percependo.

Molecole di programmazione

Tutte le gabbie progettate dal gruppo Nitschke si autoassemblano da semplici blocchi. La loro progettazione richiede una conoscenza approfondita della geometria delle molecole precursori e di come si uniscono, in modo che il progetto per le molecole della gabbia finale sia essenzialmente "programmato" nei blocchi costitutivi. Queste gabbie possono essere progettate come grandi molecole, e di avere una serie di capacità di associazione degli ospiti.

In questo lavoro, lo scopo era incapsulare la molecola cava di criptofano-111 (CRY) all'interno di una molecola di capsula FeII4L4 a base di triazatrussene. I criptofani sono un tipo di gabbia covalente costruita utilizzando due unità di ciclotribenzilene. Possono incapsulare piccole molecole (ad esempio metano o xeno), oltre a cationi e anioni.

Molti criptofani sono molecole chirali, con un'asimmetria che significa che la molecola e la sua immagine speculare non possono essere sovrapposte. (L'esempio classico di chiralità è la mano umana:la nostra mano sinistra è un'immagine speculare non sovrapponibile della nostra mano destra.) Una molecola chirale e la sua immagine speculare sono chiamate enantiomeri.

La chiralità - o "mano" - può essere molto importante. Alla fine degli anni Cinquanta e Sessanta, un farmaco chiamato talidomide è stato prescritto alle donne in gravidanza per controllare le nausee mattutine. Però, Il talidomide è una molecola chirale, e mentre la versione per mancini è un farmaco utile, la versione per destrimani è tossica e ha causato gravi malformazioni alla nascita in migliaia di bambini.

Molecole bambola russa

Come puoi immaginare, una molecola ospite racchiusa in una capsula all'interno di una gabbia esterna presenta una struttura estremamente complessa. Il gruppo Nitschke ha accesso BAG alla linea di luce I19, portando campioni a Diamond per la cristallografia ogni pochi mesi.

Il professor Jonathan Nitschke afferma:"La dottoressa Tanya Ronson è una brillante cristallografa, e lei e il suo team hanno usato la diffrazione per risolvere la struttura del cristallo che il dottor Dawei Zhang ha coltivato. Che ci ha detto la manualità delle molecole, e abbiamo potuto vedere l'ospite catione di cesio all'interno della struttura. I19 è una struttura meravigliosa, e abbiamo un ottimo rapporto di lavoro con lo staff della linea di luce. I risultati ottenuti in Diamond ci hanno permesso di vedere tutti i dettagli della struttura, e ci ha dato una grande certezza".

Sia la molecola ospite che quella ospite sono chirali, e la molecola ospite preferisce essere incapsulata da una versione dell'ospite. I risultati hanno mostrato che la molecola ospite si è riorganizzata nella soluzione per soddisfare quella preferenza, qualcosa che il team non aveva mai visto prima.

La progettazione di una molecola ospite in grado di discriminare la chiralità della molecola ospite (enantiodiscriminazione) apre possibilità significative per (ad esempio) la purificazione di composti farmacologici in modo che contengano solo la variante utile della molecola. Il team si sta ora concentrando su questa via di ricerca, così come il più ampio campo della purificazione chimica. Le molecole della gabbia potrebbero funzionare bene in ambienti a circuito chiuso, Per esempio, richiedono molta meno energia rispetto agli attuali sistemi di depurazione.