笼罩化学武器

科学家创造了空心分子来捕获沙林等有毒气体

日本东京——1995年3月20日,在奥姆真理教发动的化学恐怖袭击后,从茅场町站获救的乘客躺在地上。

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有机磷化学武器,如沙林梭曼,会干扰神经细胞之间的信号,最近在叙利亚等地被用于致命攻击。因此,研究人员正在尝试开发在环境中检测这些化学武器并将其摧毁的技术。

英国谢菲尔德大学的迈克·沃德和他的团队可能已经找到了一种方法,即使用自组装超分子笼——可以作为较小分子宿主的大型空心分子结构。这种结构已经存在一段时间了,但沃德制造的结构令人兴奋,因为它们可以在内部结合烷基膦酸酯。烷基膦酸酯与所讨论的化学武器具有相同的基本大小和形状,但缺乏使其如此危险的反应性离去基团,因此研究人员经常在实验室中使用它们作为化学武器模拟物。

宿主笼子的每个顶点都有一个钴或镉双阳离子,每条边都有一个双(吡唑基-吡啶)配体。在水中,疏水效应驱动笼子和烷基膦酸酯之间的相互作用。“内部表面衬有来自配体的 CH 基团,这是一个典型的疏水表面——油和水不相容的原因是一样的,”沃德解释说。“因此,它充当了不溶于水分子的避风港。对于客体而言,它们的烷基链为结合提供了疏水贡献。我们可以看到这一点,因为随着烷基尺寸的增加,结合变得更强——即使在每种情况下,膦酸酯部分都保持不变。”疏水客体进入疏水腔在能量上是有利的,因为每个客体都会置换两个结合的水分子,使它们彼此形成氢键,并通过自由移动来增加总熵。


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笼子也是发光的,但当烷基膦酸酯进入时会变暗。“这种方法非常巧妙,因为它将螯合与荧光响应结合在一起——将化学战剂模拟物锁定在配位笼中并发出其存在的信号,”来自英国南安普顿大学的超分子化学家菲利普·盖尔评论道。“化学武器可以通过大批量情况下的强氧化剂等化学物质销毁,但非常需要高度选择性的分析和检测系统,尤其是在安全敏感的场所,”来自英国杜伦大学的无机化学家乔纳森·斯蒂德补充道。

该团队现在希望证明他们的笼子可以催化化学武器模拟物分解成无害的小分子,这可能证明是未来处理化学武器的有希望的方法。

本文经《化学世界》许可转载。 该文章于首次发表于 2016 年 4 月 12 日。

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