Исследователи из Великобритании разработали высокоэффективный метод получения макромолекул требуемого размера с помощью простых шаблонов.

Существующие подходы к синтезу макромолекул основаны на применении таких методов, как живая полимеризация или самоорганизация, однако при использовании таких подходов зачастую образуется смесь макромолекулярных продуктов. Взяв пример с природы, которая использует сложные шаблоны, как, например, рибосома, для селективного получения сложных молекул, Гарри Андерсон (Harry Anderson) из Оксфорда разработал новую синтетическую стратегию для получения макромолекул с преопределенным размером цикла с помощью простых шаблонов.

До недавнего времени в группе Андерсона получали нано-кольца, размер которых соответствовал размеру шаблона. Однако, при синтезе 12-членного макроцикла исследователи столкнулись с тем, что шаблон соответствующего размера было сложно получить, что заставило разрабатывать альтернативные решения проблемы.

В новом методе применяется шаблон, в котором содержится m мест связывания и строительный блок, содержащий n мест связывания. При подходящих условиях реакции шаблон управляет синтезом макромолекул, в которых длина образующейся молекулы равна наименьшему общему кратному m и n.

За основу предложенного способа темплатного синтеза был взят принцип действия шкалы верьера, с помощью которой можно измерять очень незначительные различия в размерах относительно больших объектов. Для достижения высокой точности измерения в системе верньера используется расхождение между неподвижной и движущимися шкалами.

Исследователи смогли получить 12-членное нанокольцо порфирина, используя шаблон с шестью центрами связывания и строительные блоки с четырьмя комплементарными центрами связывания. Высокий выход реакции образования макроцикла достигался за счет необратимого образования ковалентных связей между строительными блоками, что обеспечивало образование больших выходов целевого продукта за сравнительно небольшое время.

Андерсон отмечает, что разработанный в его группе метод может быть расширен на получение циклов и большего размера. В качестве примера, он отмечает, что увеличение центров связывания с четырех до пяти в рамках при использовании того же шаблона может дать макроцикл уже не с двенадцатью, а с тридцатью звеньями.

Двенадцатичленный порфириновый цикл с диаметром 4,7 нанометров является самым большим из макроциклов с непрерывной системой π-сопряжения. Это соединение может обладать интересными электро- и фотохимическими свойствами, возможно сходными с молекулой хлорофилла, использующейся растениями для превращения солнечной энергии в химическую.

Крис Хантер (Chris Hunter) из Университета Шеффилда, ведущий специалист в области синтеза функционализированных макромолекул, отмечает, что предложенная Андерсоном стратегия чрезвычайно эффективна, так как в ней предусмотрен «механизм исправления ошибок», который отсутствует при получении этих же макроциклов без темплатного синтеза в растворе. Хантер полагает, что работа Андерсона – одно из самых интересных достижений в химии порфиринов за многие годы.