Noul nod molecular este cel mai complex de până acum

Vizualizați videoclipul

O sută nouăzeci și doi de atomi s-au legat.

Lanțuri de atomi de carbon, hidrogen, oxigen și azot, țesute împreună într-o împletitură triplă, formează cel mai complex nod molecular descris vreodată, relatează chimiștii de la Universitatea din Manchester din Anglia în 13 ianuarie. Ştiinţă.

A învăța cum să lege astfel de noduri i-ar putea ajuta într-o zi pe cercetători să țese țesături moleculare cu tot felul de proprietăți elegante. „Am putea obține puterea Kevlarului cu un material mai ușor și mai flexibil”, spune coautorul studiului, David Leigh.

Este încă departe, dar legarea nodurilor moleculare are un atracție care este, de asemenea, pur intelectuală, spune chimistul de la Universitatea din Cambridge, Jeremy Sanders. „Este ca răspunsul la motivul pentru care urci pe Everest”, spune el. „Este o provocare.”

Matematicienii cunosc mai mult de șase miliarde de tipuri de noduri prime, care, la fel ca numerele prime, nu pot fi descompuse în componente mai simple. „Nodurile primare nu pot fi construite prin lipirea altor noduri împreună”, explică Leigh. Ani de zile, chimiștii au reușit să sintetizeze doar un tip de nod primar din molecule mici. „Ne-am gândit că a fost destul de ridicol”, spune Leigh.

Nodul acela molecular era un trifoi, ca un trifoi cu trei foi. Jean-Pierre Sauvage și colegii l-au țesut din fire chimice în 1989. Sauvage a câștigat un Premiu Nobel în 2016 pentru lucrările anterioare care au folosit aceleași principii explorate în nodurile sale (SN: 29.10.16, str. 6).

În deceniile de după trefoilul lui Sauvage, chimiștii au încercat să sintetizeze alte tipuri de noduri moleculare, dar „le-au găsit întotdeauna incredibil de dificil”, spune chimista Sophie Jackson, de asemenea de la Universitatea din Cambridge.

A convinge firele la scară nanometrică să se împletească într-un mod ordonat nu este simplă. „Nu poți să te apuci de capetele și să le legi așa cum ai face cu un șiret”, spune Leigh. În schimb, oamenii de știință aleg ingrediente moleculare care se adună singure.

În 2012, Leigh și colegii au folosit tehnica de auto-asamblare pentru a realiza un nod molecular pentafoil, o structură în formă de stea formată din 160 de atomi și cu fire care se încrucișează de cinci ori (SN: 28.1.12, str. 12). Acest ultim nod, cu opt puncte de trecere, este și mai complicat.

Echipa lui Leigh a amestecat blocuri de construcție care conțin atomi de carbon, hidrogen, oxigen și azot cu ioni de fier și ioni de clorură. „Le arunci pe toate, le încălzi pe toate și se autoasamblează”, spune el. Ionii metalici lipicios țin blocurile de construcție în poziția corectă, iar un singur ion de clorură aflat în mijlocul structurii le ancorează pe toate împreună. Apoi, un catalizator chimic leagă blocurile de construcție, formând nodul finalizat. Noul nod este cel mai strâns creat vreodată, spune Leigh, cu doar 24 de atomi între fiecare punct de trecere.

E frumos, spune Sanders. „Este un șir de atomi înfășurați într-o formă sferică, cu o cantitate uimitoare de simetrie.” Sanders este reticent să speculeze cum ar putea fi folosit un astfel de nod, dar este rotund și foarte dens, spune el. Acest lucru i-ar putea oferi unele proprietăți materiale interesante.

Leigh bănuiește că diferitele noduri moleculare s-ar putea comporta diferit, la fel ca diferitele noduri folosite de pescari și marinari. „Vrem să facem anumite noduri, să vedem ce fac și apoi să ne dăm seama cum să le exploatam cel mai bine”, spune el.

TOATE LEGATE Cel mai complex nod molecular sintetizat de chimiști (structura cristalină cu raze X prezentată) este format prin legarea atomilor de carbon, hidrogen, oxigen și azot. Un singur ion de clorură (sfera verde în centru) și patru ioni de fier (sfere violet) ajută la formarea nodului, dar mai târziu pot fi spălați. Robert W. McGregor/www.mcgregorfineart.com