Химикам неожиданно удалось разработать новый тип металлоорганических каркасных структур [metal organic framework (MOF)], созданных из съедобных компонентов.

Исходные соединения, необходимые для получения структуры нового типа отличаются низкой стоимостью, доступностью, получаются из возобновляемого сырья; получение металлоорганических каркасных структур не требует жестких условий. Такие пористые получают из съедобных молекул, а, следовательно, новые металлоорганические соединения могут применяться в пищевой и фармацевтической промышленности.

Исследователи получили металлоорганические каркасные структуры
из съедобных компонентов. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2010,
DOI: 10.1002/anie.201002343)

Металлоорганические каркасные структуры состоят из металлоцентров, связанных между собой органическими лигандами-линкерами. Высокая степень пористости металлоорганической каркасной структуры, а также возможность химической модификации пор обуславливают то, что металлоорганические каркасы могут применяться в различных областях, включая улавливание и хранение газов, катализ и контролируемую доставку лекарственных препаратов в организме.

Исследовательская группа Фрейзера Стоддарта (Fraser Stoddart) из Северо-западного университета попытались получить новые связанные между собой молекулярные архитектуры на основе восьмичленного углеводного цикла – γ-циклодекстрина – относительно дешевого производного крахмала. Растворение водного раствора смеси циклодекстрина и гидроксида калия с последующей диффузионной подачей в него метанола приводит к образованию бесцветных кристаллов. Один из членов исследовательской группы – Рон Смолдон (Ron Smaldone) отмечает, что рентгеноструктурный анализ полученных кристаллов показал исследователям, что они получили кое-что необычное.

В сотрудничестве с коллегами из Университета Святого Андрея (Великобритания) и Университета Калифорнии Исследователи показали, что шесть циклодекстриновых циклов образуют грани куба и удерживаются вместе связанным с ними координационныими связями ионом калия; эти маленькие «кубики», в свою очередь, образуют большой трехмерный кубический каркас. Пора в каждом кубе составляет около 1,7 нм, размер «окна» в пору расположены на каждой грани «кубика», диаметр этого «окна» составляет 0,8 нм, такое строении приводит к тому, что поры пронизывают весь материал. Новая металлоорганическая каркасная структура стабильна в отсутствие растворителя, и может поглощать азот примерно с такой же эффективностью, как и другие металлоорганические каркасы.

Органические линкеры, использующиеся в настоящее время для получения металлоорганических каркасных структур, обычно получают из нефтехимического сырья, однако в случае массового промышленного производства металлоорганических каркасов предпочтительнее была бы замена петрохимического сырья на возобновляемые источники органики с нулевым углеродным балансом. В планах исследователей эксперименты с другими макроциклами природного происхождения и различными ионами металлов, а также – модификация внутренней поверхности пор. То обстоятельство, что новое металлоорганическое каркасное соединение безопасно для человека, в том числе и при пероральном потреблении может привести к использованию структур нового типа в пищевой и фармацевтической промышленностях.

Ли Кронин (Lee Cronin), специалист по металлоорганическим каркасным структурам из Университета Глазго отмечает, что «съедобные металлоорганические каркасы» – отличная разработка, с одной стороны система достаточно проста, с другой – отличается хорошими физическими свойствами, например, в плане адсорбции азота, при этом удивителен сам факт того, что новый материал получен на основе углеводов. Кронин добавляет, что поскольку у органической химии в настоящее имеется большое количество синтетических методов работы с сахарами, следует ожидать появления нового подраздела химии – химии металлоуглеводных каркасных структур.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2010, DOI: 10.1002/anie.201002343