روشن و خاموش کردن یک کاتالیزور مولکولی

پژوهشگران آلمانی یک نانوسوئیچ مولکولی خلق کرده‌اند که می‌تواند برای کنترل یک واکنش شیمیایی بطور برگشت‌پذیر و قابل تکرار روشن و خاموش شود. این کار راهی برای خلق ماشین‌های مولکولی که بتوانند با همدیگر ارتباط داشته و واکنش‌های آبشاری پیچیده را با یک سوئیچ شیمیایی کنترل کنند، باز می‌کند.

پژوهشگران آلمانی یک نانوسوئیچ مولکولی خلق کرده‌اند که می‌تواند برای
کنترل یک واکنش شیمیایی بطور برگشت‌پذیر و قابل تکرار روشن و خاموش شود.
این کار راهی برای خلق ماشین‌های مولکولی که بتوانند با همدیگر ارتباط
داشته و واکنش‌های آبشاری پیچیده را با یک سوئیچ شیمیایی کنترل کنند، باز
می‌کند.

پیش از این انواعی از ماشین‌های مولکولی ساخته شده‌اند که می‌توانند حالت
خود را در پاسخ به محرک‌های شیمیایی، الکتروشیمیایی، و اپتوشیمیایی خارجی
تغییر دهند.

 
بویژه، مکانیسم‌های خود- قفل‌کننده که در زیست‌شناسی واکنش‌های شیمیایی را کنترل
می‌کنند، به شیمیدانان کشف راه‌های سنتز سوئیچ‌های مولکولی مشابه را الهام می‌کنند.

در حالیکه پیشرفت‌هایی برای خلق سوئیچ‌های مولکولی فعال‌شونده با نور صورت گرفته
است که نشان‌دهنده تنظیم روشن / خاموش فعالیت کاتالیزوری هستند، ولی استفاده از
محرک‌های شیمیایی هنوز انجام نشده است.

اکنون، میشائیل اشمیتل و همکارانش از دانشگاه سیجن آلمان یک نانوسوئیچ سنتز
کرده‌اند که از مکانیسم قفل‌شدگی و بازشدگی یک پروتئین کیناز (Kinase) که در کارکرد
مغز وجود دارد (پروتئین کیناز II وابسته به کلسیم/کالمودولین (CaMKII))، تقلید
می‌کند.

اشمیتل می‌گوید: “اگر کسی با دقت نگاه کند، ماشین‌های ترکیبی در بدن ما اغلب
نانوسویچ‌های بسیار پیچیده‌ای هستند که با همدیگر ارتباط دارند. با اینحال در هر
ارتباط برگشت‌پذیر هر دو ماشین موجود در دو انتهای خط ارتباطی نیاز به این دارند که
به‌طور برگشت‌پذیر و با قابلیت تولید مجدد کار کنند.”

سوئیچ این گروه از یک معماری ساده ولی چند کاره استفاده می‌کنند – یک مولکول مثلثی
که می‌تواند در یکی از گوشه‌هایش قفل شود (روشن) یا باز گردد (خاموش). در این گوشه
دو واحد تابعی وجود دارند – در وضعیت قفل آنها به‌طور شیمیایی فعال هستند. با
اینحال، با جدا شدن آنها مولکول فعالیت کاتالیزوری خود را از دست می‌دهد.

مکانیسم قفل‌شدگی و بازشدگی به یون‌های مس (I) تکیه دارد، که وقتی حضور داشته باشد
مولکول را قفل کرده و واکنش اورگانوکاتالیزوری را خاموش می‌کند: واکنش نووناگل
(Knoevenagel) . مس (I) برهم‌کنش مستقیمی با واکنش کاتالیزوری ندارد – بعوض حضور آن
باعث می‌شود که بازوی کمپلکس پورفیرین روی بحرکت درآمده تا با کی‌لیت (“Chelate”) به
مس (I) آن را از کاتیون روی (II) در کاواک پورفیرین دور کند. این مرکز روی (II)، که
الان آزاد است، پیپریدین را محصور و غیرفعال می‌کند و باعث توقف واکنش می‌شود.
زدودن مس (I) باعث شروع شدن مجدد واکنش می‌گردد.

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Angew. Chemie, Int. Ed.
منتشر کرده‌اند.