Супрамолекулярная химия в газированной воде

Супрамолекулярная химия поражает воображение: создание искусственных мышц (Бен Феринга, 2024), молекулярные моторы (Питер Дж. Гилиссен, 2020), бесчисленные молекулярные фотопереключатели (Майкл Катан, 2022) и многое другое. Но большая проблема подобных соединений заключается в невозможности использования их в воде, что часто делает их бесполезными для биологии и медицины.

Команда Збигнева Пьяновского нашла элегантный выход, создав фотохромные «клетки», которые меняют свои свойства под действием видимого света и углекислого газа. Учёные синтезировали динамическую клетку на основе фторированных азобензолов, связанных через иминные фрагменты с третичным амином (соединение 3). Под воздействием красного света (660 нм) она почти количественно (>95%) переходит из стабильного (E)-состояния в (Z)-форму. Это критически важно с точки зрения медицины, так как красный свет глубоко проникает в ткани организма, не повреждая их (рис. 1).

Динамические иминные связи в клетках можно «зафиксировать», превратив их в стабильные ковалентные аминные связи путём восстановления с помощью NaBH₄ (рис. 2a). Получившееся соединение 5 само по себе гидрофобно и в воде не растворяется. Но стоит добавить даже слабую кислоту — и группы азобензола в клетке протонируются, становясь водорастворимыми (рис. 2b). Такой кислотой может выступать даже CO₂, то есть обычная газированная вода.

Самое интересное, что учёным удалось добиться не только растворимости, но и полноценной работы супрамолекулярных систем в водной фазе. Примером таких процессов является не только реакция изомеризации, которая и приводит к смене цвета, но и обратимая деструкция вещества 16а при облучении красным светом с последующим облучением фиолетовым (рис. 3).

Таким образом, авторам удалось создать не просто изящную молекулярную конструкцию, а полноценный прототип адаптивного наноконтейнера. Способность этих клеток работать в воде под воздействием глубоко проникающего красного света открывает прямой путь к созданию систем адресной доставки лекарств, управляемых извне прямо внутри живого организма. Ссылка на статью