Pozytywne relacje gospodarz-gość w strukturach naśladujących enzymy
Proces katalizy polega na zwiększaniu tempa reakcji chemicznej oraz ostatecznego uzysku za pomocą wspomagających reakcję związków chemicznych (katalizatorów) i ma ogromne znaczenie w przemyśle. Enzymy pełnią w przyrodzie funkcję naturalnych katalizatorów, a hydrogenazy są ważną klasą tych związków. Hydrogenazy należą do metaloenzymów, czyli białek enzymatycznych o działaniu uzależnionym od silnie związanych jonów metali. Białko otaczające aktywną lokalizację metalu może pośrednio i bezpośrednio wpływać na funkcje katalityczne. Efekty bezpośrednie wynikają z wiązania kowalencyjnego z samym metalem, które powoduje utworzenie pierwszej sfery koordynacyjnej. Efekty pośrednie są spowodowane wiązaniem niekowalencyjnym (np. wodoru) z cząsteczkami (ligandami) skupionymi wokół metalu, co powoduje powstanie drugiej sfery koordynacyjnej. Osnowy supramolekularne pozwalają naśladować szereg efektów drugiej sfery koordynacyjnej. Naukowcy opracowali osnowy supramolekularne dla modeli cząsteczkowych [FeFe]-hydrogenazy, wykorzystując dofinansowanie UE dla projektu CATAMERS ("Catalytic foldamers: Engineering a second coordination sphere around a hydrogenase mimic"). Foldamery, czyli łańcuchy cząsteczek (oligomery) o bardzo stabilnych i przewidywalnych strukturach, posłużyły za osnowę związków zawierających dwużelazo i naśladujących [FeFe]-hydrogenazę w celu uzyskania dobrze zdefiniowanej drugiej sfery koordynacyjnej z możliwością strojenia właściwości. Intensywne prace zaowocowały zsyntezowaniem dwóch nowych jednostek monomerowych, z których następnie wykonano foldamery: jednej do przyłączenia związku dwużelaza, a drugiej mieszczącej katalizator. Prace te pozwoliły nie tylko wytwarzać oligomery, ale również wprowadzać różnorodne grupy funkcjonalne, torując tym samym drogę dla większego zróżnicowania stosowanych foldamerów w przyszłości. Co ciekawe, nie zaobserwowano żadnego wiązania wodorowego między związkiem dwużelaza a osnową foldamerową. Kompleks mógł się swobodnie obracać i to na tyle szybko, aby równoważyć wszystkie lokalizacje żelaza bez znaczących zaburzeń symetrii całego związku. Pomimo zaobserwowanej minimalnej kontroli nad osnową foldamerową struktura wpływa na właściwości elektrochemiczne związku dwużelaza za sprawą zbudowanej wokół niej drugiej sfery koordynacyjnej. Aktywność ta niesie ogromny potencjał precyzyjnego strojenia reaktywności związków metali. Dehydrogenazy są używane w ważnych reakcjach przemysłowych związanych z produkcją energii, między innymi w produkcji wodoru i utlenianiu metanu. Projekt CATAMERS otworzył drogę do opracowania ich syntetycznych odpowiedników o większej skuteczności i niższym koszcie.
