Химики научились умножать молекулы

Химики из США разработали технологию, которая позволяет получать большое число «копий» органических молекул, имея следовое количество молекулярных «матриц». Технология, основанная на этом принципе, получила называние ПЦР (полимеразная цепная реакция), и широко применяется в биологии для увеличения числа копий ДНК. До выхода работы, опубликованной в журнале Journal of the American Chemical Society, ПЦР не использовалась для «размножения» других молекул.

ПЦР позволяет получить достаточное для анализа количество ДНК при наличие всего нескольких молекул. Особый фермент синтезирует их, используя в качестве матрицы имеющиеся молекулы ДНК. В химии анализ малого количества вещества можно провести с помощью масс-спектрометрии (именно таким способом «Феникс» ищет органические молекулы на Марсе). Однако проведение масс-спектрометрического анализа не всегда возможно, кроме того, для проведения определенных исследований необходимо относительно большое количество вещества.

Химики из Северозападного университета в Иллинойсе, США, вместо фермента использовали катализатор — две молекулы N,N'— этиленбис(салицилальдимината) никеля(II), также известного как Ni(salen), присоединенных к атому цинка. Такая структура способна ускорять протекание реакции синтеза ацетата из двух других органических молекул.

Несколько комплексов цинка и Ni(salen) химики соединили друг с другом при помощи гибких молекулярных структур, содержащих атом родия. В таком состоянии, получившем название закрытого, катализатор был неактивен. Однако при добавлении следовых количество молекул ацетата, система переходила в открытое состояние. Атомы родия специфически узнавали молекулы ацетата и связывались с ними. При этом связи, соединяющие родий с комплексом цинка и Ni(salen), разрушались, и «свободный» катализатор начинал «запускать» реакцию синтеза.

Новые молекулы ацетата соединялись с атомами родия, «сдерживающими» другие молекулы катализатора. Таким образом, число молекул ацетата увеличивалось по экспоненте до тех пор, пока в реакционной смеси не заканчивались исходные компоненты.

Такой тип реакций, когда продукт стимулирует протекание реакции, получил название автокаталитических. В системе, разработанной американскими химиками, продукт реакции (ацетат) сам не катализирует ее протекание, а лишь стимулирует «внешний» катализатор. По мнению авторов работы, эта особенность позволяет адаптировать систему не только для синтеза ацетата.