O Grupo Nitschke da Universidade de Cambridge projeta moléculas ocas que agem como cápsulas ou gaiolas que envolvem moléculas convidadas. Essas gaiolas têm aplicações potenciais interessantes em uma variedade de campos. Eles poderiam, por exemplo, ser adaptado para entregar medicamentos onde são necessários ou para remover uma molécula poluente de uma solução. Em trabalho publicado recentemente no Jornal da American Chemical Society , o relatório da equipe sobre as descobertas emocionantes que fizeram usando moléculas hospedeiras aninhadas hierarquicamente, com um hospedeiro externo encapsulando um hospedeiro interno, que contém a molécula hóspede. Em suas moléculas de 'boneca russa' recém-projetadas, eles descobriram que o encapsulamento pode melhorar as propriedades de ligação do hospedeiro interno. Seus resultados também apresentam uma nova maneira de corrigir a estereoquímica de uma estrutura hospedeira. Essas moléculas podem ser usadas em aplicações que dependem de reconhecimento molecular, como catálise, separações, entrega de drogas, e detecção.

Moléculas de programação

Todas as gaiolas projetadas pelo Nitschke Group são montadas a partir de blocos de construção simples. Projetá-los requer uma compreensão completa da geometria das moléculas precursoras e como elas se unem, de modo que o projeto das moléculas finais da gaiola é essencialmente "programado" nos blocos de construção. Essas gaiolas podem ser projetadas como moléculas grandes, e ter uma variedade de habilidades de ligação de convidado.

Nesse trabalho, o objetivo era encapsular a molécula oca de criptofano-111 (CRY) dentro de uma molécula de cápsula FeII4L4 baseada em triazatruxeno. Os criptofanos são um tipo de gaiola covalente construída com duas unidades de ciclotribenzileno. Eles podem encapsular pequenas moléculas (por exemplo, metano ou xenônio), além de cátions e ânions.

Muitos criptofanos são moléculas quirais, com uma assimetria que significa que a molécula e sua imagem no espelho não podem ser sobrepostas. (O exemplo clássico de quiralidade é a mão humana - nossa mão esquerda é uma imagem espelhada não sobreposta de nossa mão direita.) Uma molécula quiral e sua imagem espelhada são chamadas de enantiômeros.

A quiralidade - ou 'lateralidade' - pode ser muito importante. No final dos anos 1950 e 1960, um medicamento chamado talidomida foi prescrito para mulheres grávidas para controlar os enjoos matinais. Contudo, A talidomida é uma molécula quiral, e embora a versão para canhotos seja uma droga útil, a versão destra é tóxica e causou graves defeitos de nascença em milhares de crianças.

Moléculas de boneca russa

Como você pode imaginar, uma molécula hóspede encerrada em uma cápsula dentro de uma gaiola externa apresenta uma estrutura extremamente complexa. O Grupo Nitschke tem acesso BAG à linha de luz I19, trazendo amostras para a Diamond para cristalografia a cada poucos meses.

O professor Jonathan Nitschke diz:"Dra. Tanya Ronson é uma cristalógrafa brilhante, e ela e sua equipe usaram difração para resolver a estrutura do cristal que o Dr. Dawei Zhang cresceu. Isso nos disse a destreza das moléculas, e pudemos ver o cátion convidado dentro da estrutura. I19 é uma instalação maravilhosa, e temos um ótimo relacionamento de trabalho com a equipe da linha de luz. Os resultados que obtivemos na Diamond nos permitiram ver todos os detalhes da estrutura, e nos deu muita certeza. "

Tanto a molécula hóspede quanto a molécula hospedeira são quirais, e a molécula hóspede prefere ser encapsulada por uma versão do hospedeiro. Os resultados mostraram que a molécula convidada se reorganizou na solução para acomodar essa preferência - algo que a equipe não tinha visto antes.

Projetar uma molécula hospedeira que pode discriminar a quiralidade da molécula hóspede (enantiodiscriminação) abre possibilidades significativas para (por exemplo) purificar compostos de drogas de modo que eles contenham apenas a variante útil da molécula. A equipe agora está se concentrando nesta via de pesquisa, bem como o campo mais amplo de purificação química. Moléculas de gaiola podem funcionar bem em ambientes de circuito fechado, por exemplo, exigindo muito menos energia do que os sistemas de purificação atuais.