Двойная спираль — это только ДНК?

В наше время всем известна спиральная структура ДНК, но почему мы так редко встречаем подобные архитектуры в синтетических системах? В ДНК структуру двойной спирали обеспечивают комплементарные водородные связи — принцип, который трудно реализовать в других классах соединений. Существуют ли другие движущие силы для образования столь сложных супрамолекулярных архитектур?

Международная команда исследователей из Финляндии и Испании под руководством Фабьена Б.Л. Куньона предложила использовать сочетание гидрофобных и электростатических взаимодействий. Были синтезированы олигомерные цепи, состоящие из ароматических колец, соединённых между собой ацетиленовыми фрагментами (рис. 1). Чередование положительно заряженных пиридиниевых фрагментов и гидрофобных фениленовых частей позволяет, во-первых, свернуть молекулу в спираль, а во-вторых, образовать двойную или даже тройную спираль. Такая структура позволяет ослабить неблагоприятные электростатические отталкивания между катионами, а также скрыть гидрофобные фрагменты внутрь сборки. Ключевую роль в стабилизации спирали играет π-π-стекинг между соседними ароматическими кольцами (рис. 2).

Главной инновацией авторов является минималистический дизайн молекулы. В этой системе отсутствуют классические водородные связи или координационные связи с металлами между цепями, которые часто используют для сборки двойных спиралей.

Образованные спирали обладают внутренней гидрофобной полостью, которая идеально подходит для захвата подходящих по размеру и свойствам анионных гостей. Заряженные пиридиниевые «ободки» спирали создают положительно заряженное окружение, притягивающее анионы. Авторы провели серию титрований с различными «гостевыми» соединениями (включая анионы CF₃SO₃⁻, C₄F₉SO₃⁻, C₄H₉SO₃⁻ (рис. 3)) и обнаружили высокие константы связывания (порядка 10³ М⁻¹), причём разные типы спиралей (двойная и тройная) проявляли различное сродство к гостям, демонстрируя селективность.

Материал подготовил Попович С.З.