一种可以由光控制的机械互锁分子

催化剂促进许多类型的化学反应，从我们的身体到化合物的工业生产和汽车中受控的燃料燃烧。从固态到气态，无论它们的配方如何，它们的作用都是提高化学反应的速度，使许多过程变得更容易。

但是，如果某些分子可以以受控方式同时充当抑制剂和催化剂呢?许多过程将更容易控制。为解决这个问题，由Sashuk教授领导的波兰科学院物理化学研究所的研究人员提出了一种可以由光控制的迷人的机械互锁分子。

超分子化学提供许多通过非共价分子间键和自下而上的纳米加工组装的复杂分子。这个化学分支处理受自然启发的过程，带来独特的复杂结构，其特性与单一成分完全不同。但是它是如何工作的呢?这一切都始于分子的类型。根据组装分子的化学性质，可以抑制或催化某些反应。

Sashuk教授和他的团队提出了一种机械互锁的分子结构，这种结构可以通过光来控制，作为一组光可切换的分子，可以选择性地调节特定化学反应的速率。具体来说，他们专注于一种分子的设计、合成和应用，这种分子可以控制另一个分子在其轴上的位置。这样，定位的分子可以离安装在同一轴上的反应中心更近或更远。

为了创造这一点，他们提出了一种半轮烷，这是一种分子复合物，其中杆状分子穿过并部分被困在称为大环的环状分子中。棒状分子包含两个站点，其中一个是苯甲醛，它是反应发生的场所，第二个是光开关终止的庚基，它是反应调节剂。两个站都被二甲基铵基团隔开，通过库仑稳定将大环(即葫芦[7]脲)保持在轴上。

Sashuk教授说：“我们开发了一种新型的超分子催化调控。光开关抑制剂与底物连接成一个分子，随着催化剂用量的增加阻碍反应速率的增加。用光使抑制剂失活后，系统开始表现出典型的催化增强作用，直到反应位点饱和。重要的是，所制备的半轮烷不仅可以调节自身反应，还可以调节外部反应的结果。”

在蓝色区域的光照射下，研究人员观察到称为肼化的C-N偶联反应的加速。到目前为止，作为催化剂工作的大环通常更喜欢留在庚基站，由于静电相互作用的减弱，改变它的位置更接近第二个苯甲醛站，促进与进入的酰肼的反应。研究人员检测到的腙反应速率比在黑暗中观察到的速率高约5.4倍。

“重要的是，可以随时加速反应。此外，在反应完成后，可以通过降低溶液的pH值轻松恢复催化系统，”NazarRad博士说。

有趣的是，当反应混合物中存在两种类型的酰肼时，棒状分子可以选择性地与其中一种反应并改变最终产物比例。研究人员通过大环对形成的产物的不同亲和力来解释这种现象。

这项工作是在开发具有远程控制的催化系统中的新型调节方面向前迈出的一步。目前，该团队正在努力将所提出的系统用于各种目的，包括反应需要选择性的复杂化学过程。