Химикам из Великобритании, Китая и США удалось синтезировать циклические молекулярные узлы с 6 и 12 перекрестьями с помощью темплатного синтеза на ионах лантанидов. Как пишут авторы в журнале Science, узлы успешно получились благодаря правильно подобранному соотношению количеств соли лантанида и органического лиганда.

Молекулярные узлы представляют собой цепочки из органических фрагментов, сплетенные таким образом, что распутать их без разрыва химической связи невозможно. Получают такие структуры чаще всего с помощью темплатного синтеза: органические молекулы координируются с ионом металла и, благодаря удобному расположению друг относительно друга, закручиваются в узел. Затем отдельные фрагменты этого узла связывают ковалентными связями, чтобы он не мог распутаться.

Существует несколько подходов к темплатному синтезу молекулярных узлов. Самый простой и классический — выбрать ион металла и лиганд таким образом, чтобы к каждому иону присоединялась одна или несколько молекул субстрата. Тогда после координации число связей с металлом будет равно исходному числу свободных координационных мест на ионе.

В другом подходе (его называют темплатным синтезом по Вернье), исходники подбирают так, чтобы отношение количества координационных мест на металле к количеству донорных атомов у лиганда было нецелое. Тогда в получившемся комплексе число координационных связей будет равно наименьшему общему кратному двух параметров: количеству свободных мест на металле и количеству донорных групп у лиганда.

Классический темплатный синтез (a) и синтез по Вернье (b) / H. Anderson et al. / Chemical Science, 2017

Химикам под руководством Дэвида Ли (David A. Leigh) из Манчестерского университета было известно, что, используя ион лантанида в качестве темплата, можно получить простой молекулярный узел из лиганда на основе 2,6-пиридиндикарбоксамида (он содержит три пиридиновых фрагмента с донорными атомами азота). Но они решили немного изменить процедуру синтеза, чтобы получить более сложные структуры.