Учёные создали молекулярные капсулы, придающие хиральность металлосодержащим красителям

В природе концепция хиральности или «зеркальной асимметрии» фундаментальна для самой жизни — подобно тому, как наши левая и правая руки являются зеркальными отражениями, которые невозможно идеально совместить. Молекулярная хиральность критически важна в биологических системах: одна и та же молекула с разной хиральностью может быть как полезной, так и токсичной. Живые организмы превосходно создают хиральные полости путём молекулярной самосборки, что позволяет белкам избирательно связывать и преобразовывать субстраты.

Несмотря на интенсивные исследования в синтетической химии, воспроизведение таких универсальных хиральных полостей искусственным путём остаётся сложной задачей, особенно при использовании подхода самосборки. Существующие методы часто требуют пошагового синтеза жёстких хиральных полостей, что ограничивает их применимость.

Особую сложность представляет индуцирование хиральности через слабые взаимодействия в высокосимметричных молекулах, таких как те, что используются в передовых материалах и катализаторах. В частности, металлосодержащие красители трудно «хирализовать» из-за их жёсткой и плоской структуры.

Исследовательская группа под руководством профессора Мичито Ёсидзавы и доцента Юи Танаки из Лаборатории химии и наук о жизни Института комплексных исследований Токийского научного университета (Science Tokyo, Япония) разработала инновационный подход для преодоления этих ограничений.

Их исследование, опубликованное в Journal of the American Chemical Society, описывает создание хиральных капсул, способных придавать сильные хиральные свойства изначально нехиральным металлосодержащим красителям.

Учёные разработали изогнутые амфифильные молекулы, содержащие как гидрофильные, так и гидрофобные части. Эти молекулы были получены из 1,1'-бинафтил-2,2'-диола (BINOL) — известного хирального ароматического компонента. При растворении в воде молекулы спонтанно самоорганизуются в сферические хиральные капсулы диаметром около 3 нанометров.

«Насколько нам известно, наши капсулы — первые молекулярные инструменты, которые индуцируют хиральные свойства в обычных металлосодержащих красителях путём простого инкапсулирования», — заявляют Танака и Ёсидзава.

В отличие от предыдущих систем, эти капсулы создают замкнутые, но гибкие хиральные полости, способные адаптивно инкапсулировать различные металлосодержащие красители, включая металлопорфирины, металлофталоцианины и металлоноркорролы.

После оптических экспериментов исследователи обнаружили, что инкапсулированные красители демонстрируют сильную хиральную активность, эффективно взаимодействуя с поляризованным светом на уровне, ранее недостижимом без прямых химических модификаций.

Более того, учёные выяснили, что хиральные свойства инкапсулированных красителей можно регулировать с помощью термических стимулов. Контролируемый нагрев позволяет необратимо настраивать интенсивность индуцированной хиральности в зависимости от типа красителя. Эта термочувствительность превращает капсулу в sophisticated наноинструмент, обеспечивающий точный контроль над важными молекулярными свойствами.

Новая технология может найти применение в областях от фундаментальной химии до прикладных наук, где важен точный контроль молекулярной хиральности. «Наш метод позволяет вводить хиральную функциональность в металлосодержащие красители без многоступенчатого синтеза и сложных процессов разделения. Это открывает большие перспективы для разработки передовых фотофункциональных материалов и асимметричных катализаторов», — заключают авторы исследования.

Дополнительная информация: Yoshihisa Hashimoto et al, Chiral Aromatic Micelles as Chiroptical Host Tools for Large Metallodyes in Water, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c06179

Источник: Institute of Science Tokyo