В КФУ знают, как поймать неуловимый дигидрофосфат
Химики из Казанского федерального университета получили серию молекулярных рецепторов, способных к селективному связыванию дигидрофосфат-аниона, избирательное определение которого важно как для специалистов по молекулярной биологии клетки, так и для химиков, занимающихся вопросами состояния окружающей среды.
Одной из главных задач супрамолекулярной химии является дизайн и синтез систем, применяющихся в аналитической химии – молекулярных сенсоров, реагентов для селективной экстракции или селективного транспорта анионов или катионов. Одна из интересных задач, которые могут решать супрамолекулярные аналитические сенсоры, – распознавание тетраэдрических кислородсодержащих анионов. Интерес к решению этой задачи обусловлен тем обстоятельством, что многие из таких анионов (фосфаты, сульфаты) опасны для окружающей среды, и это диктует необходимость их селективного выделения из сточных вод промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Создание чувствительного и селективного сенсора на фосфаты и гидрофосфаты привлекательно еще и для биохимиков – эти ионы играют важную роль в процессах обмена веществ (например, цикл АТФ-АДФ).
Попытки создания селективных сенсоров на фосфат- или гидрофосфат-анионы предпринимались неоднократно, но разработанные к настоящему времени синтетические рецепторы, способные связывать эти анионы, далеки от совершенства, они отличаются крайне низкой селективностью. В частности, молекулярные сенсоры, распознающие анионы с помощью водородного связывания, практически не делают различия между дигидрофосфат-ионами, ацетат-ионами и фторид-ионами, что затрудняет их практическое применение для изучения процессов, протекающих в клетке.
В группе профессора кафедры органической химии Казанского университета Ивана Стойкова (Ivan I. Stoikov) решили поймать неуловимый дигидрофосфат, используя в качестве платформы для создания супрамолекулярного сенсора пиллар[5]ареновую платформу. Пилларарен является наименьшим представителем пиллараренов – макроциклических соединений, состоящих из фрагментов гидрохинона, связанных друг с другом в пара-положении. Строение пиллараренов напоминает строение уже зарекомендовавших себя в супрамолекулярной химии макроциклов – каликсаренов и кукурбитурилов.
Применив уникальную синтетическую стратегию, казанские органики получили ряд новых, не описанных ранее производных пиллараренов, привив к основной структуре пиллараренового макроцикла N-фенил- и N-алкильные фрагменты. Как показали исследования полученных супрамолекулярных платформ, строение введенных заместителей значительно влияло на способность полученных веществ к селективному распознаванию ряда ионов. Пожалуй, самым уникальным результатом исследования оказалось то, что пилларарен, модифицированный N-фенильными группами, демонстрирует исключительно прочное связывание именно с неуловимым дигидрофосфат-ионом, в то время как его аналоги с N-алкильными заместителями селективно распознают дигидрофосфат-ион в присутствии фторида и ацетата (хотя и связываясь с фосфорсодержащим анионом с меньшей прочностью).
Как надеется участник исследования, доцент кафедры органической химии Казанского университета Людмила Якимова (Luidmila S. Yakimova), полученный результат является первым, но успешным шагом в распознавании столь долго ускользавшего от специалистов по супрамолекулярной химии дигидрофосфат-иона и, возможно, положит начало созданию новых высокоэффективных и избирательных сенсоров на платформе модифицированных пиллараренов и родственных им соединений.
