ОМ Непростой журнал
Фото: David A. Leigh et al. / Science
Длинные полимерные молекулы иногда завязываются в узелки — совсем как наушники в кармане. Чаще всего это происходит случайно, но иногда химики вяжут узлы нарочно. До сих пор удавалось создать три вида молекулярных узелков: с тремя, четырьмя и шестью пересечениями. Манчестерская группа связала из четырех длинных полимерных нитей узел с восемью пересечениями, что делает его самой замысловатой молекулой-узелком в мире.
Три вида молекулярных узлов, полученных ранее: с тремя, четырьмя и шестью пересечениями. Science Magazine/Youtube
Топология узлов — сложная наука. Сегодня систематизировано 6 миллиардов разновидностей узелков, но химикам пока удается синтезировать только самые простые. Для молекулярного узлоплетения используют геликаты — суперструктуры, в которых длинные полимерные молекулы спирально оборачиваются вокруг заданной последовательности ионов металлов на оси спирали. Расположение металлических ионов задает пространственные свойства геликата и то, как отдельные нити будут сплетаться между собой.
У британских химиков получился узел, носящий номер 819: главное число означает количество мест пересечения кривых, а то, что написано ниже — номер узла в классификации его гомологов с тем же числом пересечений. Молекула довольно большая — целых 20 нм в поперечнике. Для того, чтобы заставить концы геликатов образовать химические связи, ученые сгруппировали вокруг четырех ионов железа бипиридиновые фрагменты, которые связывались попарно, замыкая нити геликатов в одну непрерывную цепочку.
Уравнение реакции. David A. Leigh et al. / Science
Молекулярные узлы завязывают не только ради самого процесса. Физические свойства материалов, содержащих такие молекулы, могут быть чрезвычайно полезны, поскольку узловая структура придает прочности, но сохраняет гибкость полимеров. Авторы исследования предполагают, что подобные материалы могут пригодиться для производства сверхпрочных защитных тканей или перевязочных материалов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
