В IBM научились «вручную» смыкать и размыкать молекулярные циклы

В IBM научились «вручную» смыкать и размыкать молекулярные циклы

Инженеры из исследовательского центра IBM впервые реализовали обратимую циклизацию Бергмана — реакцию, в ходе которой внутри органических молекул формируется новый цикл за счет перегруппировки электронов в тройных связях. Для запуска реакции ученые использовали сканирующий туннельный микроскоп с атомарным разрешением. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Авторы изучали реакции циклизации и размыкания цикла, происходящие на поверхности специальной подложки — грани монокристалла меди, покрытой слоем поваренной соли толщиной в два атома. На нее осаждали из газовой фазы молекулы 9,10-дибромантрацена — органического соединения, состоящего из трех последовательно скрепленных бензольных колец. К центральному из них прикреплены два атома брома. Все операции проводились при охлаждении до температур порядка 10 кельвин.

Для размыкания цикла по механизму, обратному циклизации Бергмана, физики использовали трехступенчатый процесс. Ключевым инструментом в эксперименте был кантилевер (чрезвычайно острая игла), на кончике которого размещали молекулу угарного газа. Первые две стадии заключаются в удалении атомов брома — иглу подводили к молекуле дибромантрацена и подавали между ней и образцом электрическое напряжение в 1,6 вольта (первый атом брома) и, затем, 3,3 вольта (второй атом брома). В результате получался бирадикал — неустойчивая молекула, содержащая два активных неспаренных электрона. 

На следующей стадии физики импульсно подавали на молекулу следующий скачок напряжения, после чего «ощупывали» иглой получившуюся структуру. Согласно результатам сканирования, в молекуле разрывалась одна из связей, что приводило к формированию десятичленного цикла вместо двух шестиугольных бензольных колец. Новый цикл содержал две тройные связи углерод-углерод. Тройные связи в цикле крайне неустойчивы (они связи требуют линейной геометрии молекулы), поэтому соединение может существовать только при пониженных температурах.

Одной из проблем, с которыми столкнулись авторы, было стремление молекул скользить вдоль поверхности подложки. Чтобы закрепить их на месте физики выбирали те частицы, которые были адсорбированы на небольших островках хлорида натрия. Работая с такой системой ученым удалось последовательно разомкнуть один из циклов антрацена, а затем вновь, по реакции Бергмана, вернуть его в исходное состояние. Как и для размыкания, этот процесс потребовал приложения разницы потенциалов к молекуле. 

Авторы отмечают, что промежуточное состояние бирадикала обладает выраженными магнитными свойствами. Потенциально, на его основе можно создать мономолекулярный магнитный переключатель, свойства которого напрямую зависят от структуры.

В реакцию Бергмана вступают соединения, содержащие в своем составе две тройные связи, разделенные одной двойной связью углерод-углерод — ендиины. На первой стадии процесса циклизации образуется бирадикал, который затем, реагируя с окружающими молекулами, восстанавливается в ароматическое соединение. Именно протеканием циклизации Бергмана обусловлена противоопухолевая активность ендиинов — благодаря образованию активных бирадикалов они взаимодействуют с молекулами ДНК и нарушают жизнедеятельность клетки.

Владимир Королёв

N+1

Похожие новости:
Наночастицы научились обманывать иммунную систему
Исследователи из университета Пенсильвании научились защищать предназначенные для доставки лекарств наночастицы от действия макрофагов, снабдив их соответствующим пептидом из системы распознавания «свой»-«чужой». Работа опубликована в журнале Science, а ее краткое содержание приводит ScienceNow. Для защиты наночастиц ученые использовали последовательность белка CD47, который содержится ..
2013-02-22 1190 0 Технология
0
В США научились выращивать репродуктивные органы
Американские ученые из Института регенеративной медицины научились выращивать искусственные пенисы. Они долгое время проводили опыты над кроликами, а теперь готовы поэкспериментировать с людьми, которые пережили операции, получили травму или родились с физическими недостатками, передает The Guardian. Ученые планируют провести ..
2014-10-06 1685 0 Технология
2
Японцы научились выбраковывать дефектные стволовые клетки
Ученые из Центра прикладных исследований индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток) Киотского университета (Kyoto University, Япония) под руководством нобелевского лауреата, профессора Синъи Яманаки (Shinya Yamanaka), нашла способ выбраковки дефектных стволовых клеток, из которых развивается раковая опухоль. Как сообщает ..
2013-11-19 1222 0 Технология
0
Умные города и тотальная слежка за населением
Как отмечает в своей статье независимый британский исследователь Стив МакМиллан, происходящая сегодня тотальная слежка за населением на протяжении всей истории человечества была предметом самых смелых фантазий бесчисленных диктаторов. Однако, наряду с развитием высоких технологий, современные ..
2015-06-15 1110 0 Технология
0
Ученые научились вживлять топливо в живые организмы
Ученые нашли способ превращать живые организмы – улиток, тараканов и грибы – в электронных «киборгов». Это делается путем имплантации крошечных «топливных элементов», которые генерируют и накапливают электроэнергию, используя метаболические процессы этих организмов. Работы, финансируемые ..
2012-03-18 1287 1 Технология
0
Анализ крови предложили проводить лазером
Канадские ученые предложили использовать для анализа крови фотоакустический эффект, который позволяет получить информацию о форме тел при помощи их облучения короткими лазерными импульсами. Работа опубликована в журнале Biophysical Journal, кратко ее содержание приводит ScienceNow. В ходе исследования ученые ..
2013-07-3 1371 0 Технология
0
Робот для нормальной жизни
Журнал Nature на этой неделе пишет о достижениях ученых из Чикаго, которые создали и уже успешно протестировали бионическую ногу — протез, который работает на основе электрических импульсов от нервных волокон. Участник эксперимента — 32-летний Зак Воутер, который потерял ..
2013-10-6 1009 0 Технология
0
В России научились выращивать сетчатку глаза из перепрограммированных клеток
В Федеральном научно-клиническом центре физико-химической медицины (ФНКЦ ФХМ) — подразделении Федерального медико-биологического агентства (ФМБА) — научились выращивать сетчатку глаза из перепрограммированных клеток. Об этом пишет газета «Известия».Эта разработка позволит лечить пациентов, теряющих зрение. Первую трансплантацию ..
2016-12-01 2377 0 Технология
0
Смятый графен стал основой искусственных мышц
Физики научились контролировать образование складок на графене и использовали их для создания искусственных «мышц» - электромеханического двигателя. Работа опубликована в журнале Nature Materials, а ее краткое содержание приводит сайт университета Дьюка. Для управления образованием складок на одноатомном углероде ученые использовали ..
2013-01-29 1146 0 Технология
1
Светодиоды научились излучать запутанный свет
Физики из Университета Торонто разработали схему работы светодиодов, которые за счет дополнительного сверхпроводящего слоя излучают запутанные фотоны. Работа опубликована в журнале Physical Review B, ее препринт можно найти в arxiv.org, кратко содержание статьи приводится на сайте университета. Обычные ..
2014-03-21 1049 0 Технология
0
Швейцарские инженеры научились создавать изображения из бликов
Инженеры из Федеральной политехнической школы в Лозанне научились создавать изображения с помощью каустик - бликов, образующихся в результате отражения или преломления света на криволинейных поверхностях. Результаты работы были представлены на конференции, ее подробности приводятся на специальном сайте политехнической школы. Исходно авторы ..
2012-11-13 1037 0 Технология
0
Физики научились «гравировать» электрические цепи в кристаллах
Ученые из Университета штата Вашингтон научились с помощью лазерного луча создавать электрические цепи в кристалле титаната стронция. В этом им помог эффект устойчивой фотопроводимости, при которой сопротивление материала падает в сотни раз при облучении светом и остается низким в течение долгого времени. Получившиеся электропроводные цепи в металле ..
2017-08-02 15676 0 Технология
0
Инженеры научились создавать управляемые складки
Инженеры из Массачусетского технологического университета научились создавать поверхности со складками управляемой формы. Работа с описанием процесса их изготовления принята к публикации в журнале Advanced Materials, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте института. Разработанная технология основана на использовании двуслойного материала. ..
2012-08-2 815 0 Технология
0
Следующий рубеж в 3D-печати
Процесс 3D-печати, использующий в своей работе цифровые модели, создан для того, чтобы создавать объекты реального мира, начиная от простых игрушек заканчивая ювелирными изделиями и продуктами питания. Вскоре 3D-принтеры смогут «печатать» более сложные «конструкции», например, человеческие ..
2014-04-06 1227 0 Технология
0
Печень можно будет выращивать из клеток кожи
В недалёком будущем людям, страдающим тяжёлыми поражениями печени, возможно, не понадобится помощь доноров. Биоматериал для поражённых участков органа медики начнут выращивать из клеток кожи самих пациентов. Основной проблемой на этом пути до сих пор была невозможность создать зрелые и активные ..
2014-02-26 1017 0 Технология
0