Neuartige Host-Gast-Assemblierung sorgt für verbesserte Reaktivität

Synthetische Moleküle haben aufgrund ihres Designs typischerweise die spezifische Aufgabe, Reaktionen zwischen anderen Molekülen zu verhindern oder zu beschleunigen. Um die Kontrolle komplizierterer Reaktionen zu erleichtern, können Forscher freien Platz in einem Molekül nutzen, um eine andere chemische Struktur zu synthetisieren. Die Wirt-Gast-Anordnung kann die gewünschte spezifische Reaktion besser auslösen als jede einzelne Komponente – vorausgesetzt, die Wissenschaftler, die die Anordnung entwerfen, machen es richtig.

Ein in China ansässiges, aus mehreren Institutionen bestehendes Team hat über einen neuartigen Cluster – den Gast – berichtet, der im Inneren eines Polyoxometallat (POM)-Nanoreaktors – dem Wirt – keimte. Die resultierende Wirt-Gast-Anordnung verfügt über eine erhöhte Peroxidase-ähnliche Aktivität, was bedeutet, dass sie dabei helfen könnte, Reaktionen zu beschleunigen, die mit der Zersetzung von H2O2 einhergehen.

Diese Reaktionen sind bei biologischen Prozessen von entscheidender Bedeutung, beispielsweise beim Schutz des genetischen Materials vor Oxidationsschäden, und haben Auswirkungen auf fortgeschrittene biotechnologische Prozesse, so die Forscher.

Sie veröffentlichten ihre Arbeit in Polyoxometallate.

„Die Vorteile der raumbeschränkten Synthese beschränken sich nicht nur auf die individuelle Anpassung von Form, Größe und Zusammensetzung, sondern auch auf die präzise Kristallorientierung und räumliche Position der gewünschten Produkte“, sagte korrespondierender Autor Peng Yang, Professor an der Fakultät für Chemie und Chemieingenieurwesen , Advanced Engineering Research Center des Bildungsministeriums, Hunan-Universität.

„Von der Nanotechnologie bis zur Kristalltechnik wurde eine Vielzahl chemischer Kräfte eingesetzt, um das begrenzte Wachstum von Gastkomponenten innerhalb der Wirtsbehälter zu steuern, wie etwa Kohlenstoffnanoröhren oder metallorganische Gerüste/Käfige.“

Das POM ist ein molekulares Gerüst, das aus mehreren Metallionen und gemeinsamen Sauerstoffatomen mit einem Hohlraum im Zentrum besteht. In diesem Hohlraum synthetisierten Forscher einen neuartigen Mehrkomponentencluster unter Verwendung positiv geladener Ionen von Eisen und Cer sowie Phosphat. Der Cluster bildete Keime, was bedeutet, dass er einen Cluster mit einem klaren Zentrum im Hohlraum des POM bildete.

„Wir haben herausgefunden, dass neuartige Strukturen von Polyoxometallaten erhalten werden können, indem man die Synthone in bestimmte Nanoräume einschließt, und die begrenzte Synthesemethode zeichnet sich dadurch aus, dass sie es uns ermöglicht, die Vorteile dieser Nanoräume zu nutzen“, sagte Yang und erklärte, dass Synthone kein Reagens seien, sondern das Signal signalisieren könnten Beginn eines Reagens, das zur Synthese eines Zielmoleküls benötigt wird. „Im Hohlraum dieses Polyoxometallats gelang es uns zum ersten Mal, diesen neuartigen Cluster erfolgreich zu keimen.“

Die Forscher analysierten die Struktur und Zusammensetzung des Clusters und untersuchten seine möglichen Funktionen. Laut Yang lieferten vorläufige Studien zum POM-Cluster vielversprechende Ergebnisse, die seine Fähigkeit belegen, Ascorbinsäure – ein Antioxidans, das dabei hilft, Zellen vor freiem Sauerstoff zu schützen, der Schäden verursachen kann – mit hoher Empfindlichkeit und Spezifität nachzuweisen.

„Diese Arbeit eröffnet mehr Möglichkeiten bei der Entwicklung POM-basierter Molekülanordnungen von der maßgeschneiderten Synthese über das Strukturdesign bis hin zur Anwendungserweiterung“, sagte Yang.