Verwendung von Elektronen zur Beschleunigung der molekularen Erkennung

Ein Team von Forschern, die mit mehreren Institutionen in den USA und China sowie einer in Australien verbunden sind, hat eine Methode entwickelt, um mithilfe von Elektronen die molekulare Erkennung zu beschleunigen. In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Natur, beschreibt die Gruppe ihre Technik und mögliche Anwendungen dafür. Robert Francke vom Leibniz-Institut für Katalyse in Deutschland hat in der gleichen Zeitschriftenausgabe einen News & Views-Artikel veröffentlicht, in dem der Zweck der molekularen Erkennungsforschung und die Arbeit des Teams an diesem neuen Projekt beschrieben werden.

Molekulare Erkennung ist eine bestimmte Art von Reaktion zwischen Molekülen, bei der sie durch nichtkovalente Bindungen miteinander verbunden werden. Einige Beispiele sind Van-der-Waals-Kräfte und die Stapelung von Wasserstoffbrückenbindungen. Wie die Forscher anmerken, sind solche Prozesse schwer zu katalysieren und deshalb gibt es nur wenige, die für einige ausgewählte Anwendungen geeignet sind. Aus diesem Grund haben Chemiker nach einer Methode gesucht, die breiter eingesetzt werden könnte. In diesem neuen Versuch haben die Forscher eine Technik entwickelt, die es ermöglicht, die molekulare Erkennung unter bestimmten allgemeinen Bedingungen zu erzwingen – eine, die auf der Einführung von Elektronen basiert.

Die Arbeit des Teams umfasste den Versuch, eine molekulare Erkennung zwischen zwei spezifischen Molekülen zu induzieren – einem ringförmigen Makrocyclus (der als Wirt dient), dem anderen einem hantelförmigen Molekül (das als Gast dient) mit zwei positiven Ladungen (dem Makrocyclus). trug auch zwei positive Ladungen). Der anfängliche Aufbau war der molekularen Erkennung nicht förderlich. Um sie dazu zu bringen, sich anzuschließen, fügten die Forscher in ihrer ersten Arbeit ein chemisches Reagenz als Elektronenquelle hinzu, verwendeten aber später elektrischen Strom. Dies führte zur Übertragung eines Elektrons in den Wirt, wodurch seine positive Ladung verringert und die Anzahl ungepaarter Einzelelektronen verringert wurde. Und das führte zu einer Verringerung der Abstoßung zwischen dem Gast und dem Wirt, was es ihnen ermöglichte, sich zu einem Zwischenkomplex zusammenzufügen, der nicht auf einer kovalenten Bindung beruhte. In der Praxis fügte sich die Hantel in den Ring des Makrocyclus ein. In einer solchen Anordnung führt der Verlust des in den Wirt eingeführten Elektrons zu einer Entkopplung der beiden Moleküle. Francke stellt fest, dass die neue Technik nicht nur Chemikern ein neues Werkzeug zur Herstellung von Bindungen zwischen Molekülen an die Hand gibt, sondern auch zur Entwicklung neuer Arten von Materie führen könnte.

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