Skip to main content

Development of New Chiral Adsorbents for Enantioselective Separations

Article Category

Article available in the folowing languages:

Projektowanie adsorbentów chiralnych

Wiele ważnych cząsteczek istnieje w dwóch, prawie identycznych, formach wykazujących bardzo różną aktywność biologiczną. W ramach finansowanych przez UE doświadczeń, badano możliwość zastosowania nowych supramolekularnych struktur w procesie rozróżniania tych dwóch form.

Zdrowie

W naturze występuje bardzo wiele związków chiralnych. Cząsteczka wykazuje chiralność, jeśli jej lustrzane odbicie nie może zostać na nią idealnie nałożone. W praktyce oznacza to, że dwie cząsteczki mogą mieć taki sam wzór chemiczny, ale ich struktury różnią się w subtelny, lecz bardzo istotny sposób, nadając im różne funkcje. Umiejętność rozróżnienia z dużym prawdopodobieństwem dwóch różnych enancjomerów staje się tym samym kryterium dla wielu zastosowań przemysłowych w sektorze żywności, farmaceutyków i biotechnologii. W finansowanym z budżetu UE projekcie "Development of new chiral adsorbents for enantioselective separations" (CHIRAL-MOF) badano potencjał wyłaniającej się klasy struktur supramolekularnych, o budowie podobnej do klatki, w zastosowaniu do rozróżniania enancjomerów. Szkielety metaloorganiczne (ang. metal-organic frameworks, MOF) są jednym z najbardziej ekscytujących odkryć w dziedzinie materiałów nanoporowatych. Zajmujący się syntezą chemicy dokonali połączenia nieorganicznych wierzchołków z organicznymi cząsteczkami łączącymi, dzięki czemu otrzymali praktycznie nieskończoną liczbę skoordynowanych, porowatych polimerów. Badacze pracujący w projekcie CHIRAL-MOF opracowali narzędzia do molekularnego modelowania i symulacji pomocnych w projektowaniu nowych MOFs do chiralnej, enancjoselektywnej separacji. Narzędzia te zostały najpierw przetestowane do przewidywania możliwości adsorpcji małych i powszechnych cząstek gazu, jak dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, tlenki azotu, metan czy azot. Wstępne wyniki były bardzo obiecujące, a na ich podstawie opublikowano wiele prac naukowych. Separacja adsorpcyjna daleko bardziej złożonych cząstek z reguły zachodzi w fazie ciekłej. Zespół badawczy wykorzystał skomplikowane metody, jak metoda Monte Carlo dla ułamków ciągłych, opracowana dla symulacji płynów jonowych. Płyny te zintegrowano z prostszymi algorytmami. Do niechiralnych MOF skutecznie zastosowano także metody in silico. Naukowcom udało się stworzyć strukturę krystaliczną złożoną z dwóch potencjalnych MOF oraz przewidzieć ich zdolności adsorpcyjne. Następnie przeprowadzono syntezę i testy, które wykazały, że faktyczne właściwości strukturalne i adsorpcyjne były zgodne z wcześniejszymi przewidywaniami. Prace przeprowadzone w ramach projektu CHIRAL-MOF pomogły także jednemu z naukowców zdobyć stałe zatrudnienie w University College London. Dały także podwaliny dla przyszłego, opartego na wiedzy projektowania chiralnych MOF przeznaczonych do produkcji farmaceutyków o pożądanej aktywności, a jednocześnie pozbawionych niechcianej toksyczności.

Słowa kluczowe

Adsorbenty chiralne, enancjomery, enancjoselektywny, supramolekularny, szkielety metaloorganiczne, symulacja, separacja, adsorpcja

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania