Исследователи из Великобритании использовали молекулярные капсулы для того, чтобы контролировать реакционную способность органических соединений.

Обычно реакционная способность органических соединений контролируется с помощью защитных групп, блокирующих функциональные группы, по которым может протекать нежелательная реакция, однако такой подход зачастую приводит к значительным затратам времени и реагентов.

Маартен Смалдерс (Maarten Smulders) и Джонатан Ницшке (Jonathan Nitschke) из Университета Кембриджа использовали в качестве защитной группы, защищающей сразу всю молекулу, супрамолекулярную клетку. Органическая молекула может быть инкапсулирована в клетку, что будет препятствовать протеканию реакций, при этом добавка в систему конкурирующего гостя может способствовать высвобождению молекулы-гостя и инициировать реакцию в тот момент, когда это необходимо.

Исследователи создали молекулярную клетку, из четырех железосодержащих фрагментов, расположенных в форме тетраэдра. Расположенные вне клетки сульфонатные группе обеспечивают растворимость системы в воде, внутри же этой клетки окружение гидрофобно, что способствует инкапсуляции органических молекул.

В отличие от традиционных защитных групп, рассчитанных на строго определенные функциональные группы, новый метод позволяет распознавать и защищать молекулы на основании ее формы и размера.

Рис. 1. Инкапсуляция фурана предотвращает его
реакцию, однако введение в систему бензола в качестве
гостя-конкурента способствует высвобождению фурана
из клетки и протеканию реакции Дильса-Альдера с
малеинимидом. (Рисунок из Chem. Sci., 2012, DOI:
10.1039/c1sc00847a).

Смалдерс и Ницшке продемонстрировали возможность применения молекулярной клетки для управления реакции Дильса-Альдера, протекающей между фураном и малеинимидом. Введение фурана в раствор, содержащий молекулярную клетку, приводит к высокой степени его инкапсуляции, что регистрируется с помощью ЯМР-спектроскопии, при этом диссоциация фурана из клетки происходит очень медленно.

Однако добавка бензола в систему в качестве конкурирующего гостя приводит к тому, что в течение часа все молекулы фурана покидают молекулярную клетку и вступают в реакцию с малеинимидом.

Мартин Джонсон (Martin Johnston) из Университета Флайндерса (Австралия) отмечает, что работа ученых из Кембриджа безусловно представляет собой интересный пример супрамолекулярной химии инкапсулирования и уникального применения молекулярных клеток.