Исследователи из университетов Амстердама и Цюриха разработали молекулярную систему для контролируемого высвобождения железа. Они объединили ферроцен — молекулярный «сэндвич», в котором атом железа заключен в органическом «нанокольце». При необходимости высвобождения ионов Fe2+ достаточно включить безвредный зеленый свет. Исследование опубликовано в Journal of the American Chemical Society (JACS).
Исследование было проведено группами доктора Томаша Шоломки из Института молекулярных наук Ван-Гоффа при Амстердамском университете и доктора Питера Штатко с химического факультета Цюрихского университета. Ученые специализируются на фотокатодах — молекулярных фотохимических инструментах, которые обеспечивают точный контроль над активностью субстрата во времени и пространстве с помощью света как ортотропного стимула.
Фотокаталитические реакторы позволяют активировать биологически значимые молекулы, такие как белки, нуклеотиды или лекарственные препараты. Они не только являются отличным инструментом для изучения механизмов и динамики биохимических процессов, но и могут применяться в терапевтических целях, например для фотоактивируемой химиотерапии.
В исследовании, опубликованном в JACS, ученые переключили свое внимание с контроля активности органических молекул на другой важный компонент многих биологических систем: железо. Его соединения незаменимы в процессе транспорта кислорода в организме человека, а также играют ключевую роль в окислительно-восстановительных процессах, обеспечивающих энергию, в синтезе дезоксирибонуклеотидов и в защите клеток от окислительного стресса.
Железу — зеленый свет
Природа в процессе эволюции разработала гибкую белковую систему для тщательного регулирования поглощения и баланса железа. В своей статье исследователи представляют гораздо менее сложный, но полностью функциональный синтетический аналог, который накапливает железо и высвобождает его «по первому требованию».
Система основана на использовании ферроцена в качестве носителя железа и позволяет управлять его функциями, интегрируя его в углеродный наноконверт. Ферроцен — это металлоорганический «сэндвич-комплекс», который прочно удерживает атом железа между двумя циклопентадиенильными кольцами. Циклопентадиен — непредельный циклический углеводород с формулой C5H6, содержащийся в нефти. При соединении с двух колец железом получается комплекс C5H5—Fe— C5H5. Сам по себе он химически стабилен и устойчив к свету. Однако включение его в молекулярный наноконверт меняет ситуацию.
Когда два циклопентадиенильных кольца соединены шестью сопряженными бензольными кольцами (получается так называемое циклопарафениленовое нанокольцо), образуется система, которая позволяет контролировать содержание в нем атома железа.
В результате необъяснимой пока фоточувствительности связанных в одну цепь циклопентадиеновых и бензольных колец система становится восприимчивой к облучению зеленым светом. Это приводит к высвобождению железа и разложению органической части комплекса.
Исследователи полагают что их открытие может быть полезно не только в области применения фотокатодов, но также в медицине, биологии, в разработке новых «умных» материалов в супрамолекулярной, металлоорганической и полимерной химии.
