Ловушка для одиноких полициклических ароматических молекул

В Северо-Западном университете (США) получена прямоугольная молекула циклофана, которую назвали ExBox (Ex — расширенный, Box — коробка). Новинка способна захватывать широкий спектр полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), многие из которых чрезвычайно канцерогенны.

Циклофан ExBox и его кристаллический аддукт с полициклическим ароматическим углеводородом (иллюстрация ACS).

Способность к удалению ПАУ была продемонстрирована на примере образца сырой нефти, традиционно богатой такого сорта соединениями. Кроме того, было показано, что кристаллический аддукт ExBox и ПАУ характеризуется наличием специфического ?-?-электронного взаимодействия ориентированных параллельно друг другу ароматических систем гостя и хозяина.

Учёные сконструировали свои циклофаны, используя в качестве основы для синтеза расширенную версию 4,4’-бипиридила (отсюда и акроним Ex в названии), состоящую из двух пиридиновых колец, которые разделены центральным бензольным кольцом, с добавленными с обеих сторон молекулы с кольцами 1,4-бис(бромметил)бензола. Замыкание коробочки завершилось с внедрением между 1,4-бис(бромметил)бензольными кольцами ещё одной молекулы расширенного бипиридила. В результате образовалась ExBox, представляющая собой макроциклический тетракатион с солидным дефицитом ?-электронной плотности, способный к прочным нековалентным взаимодействиям с богатыми ?-электронами молекулами ПАУ. Последние, напомним, в избытке присутствуют в сырой нефти и древесном угле, а также образуются в качестве побочных продуктов при сгорании органических материалов.

Ширина полости нового циклофана составила солидные 3,5 ? при длине в 11,2 ? (на основании ван-дер-ваальсовых радиусов). Размера этой полости вполне хватает для фиксации широкого спектра ПАУ, начиная с небольших молекул нафталина и антрацена и заканчивая крупными семициклическими системами.

Для лучшей демонстрации способностей новой молекулы к захвату полициклических ароматических углеводородов учёные смешали циклофан с сырой нефтью, после чего большое количество ПАУ было экстрагировано в водную фазу (напомним: ExBox представляет собой тетракатион, противоионами для которого служат четыре аниона брома, то есть это типичная растворимая в воде пиридиниевая соль). По мнению авторов, это свидетельствует о большом потенциале ExBox при использовании в качестве ловушки для полициклических ароматических углеводородов, неизбежно присутствующих в окружающей нас среде.

Отчёт об исследовании опубликован в Journal of the American Chemical Society.

Подготовлено по материалам Chemistry World.