籠罩化學武器

科學家創造了空心分子來捕獲沙林等有毒氣體

日本東京——1995年3月20日,在奧姆真理教發動的化學恐怖襲擊後,從茅場町站獲救的乘客躺在地上。

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有機磷化學武器,如沙林梭曼,會干擾神經細胞之間的訊號,最近在敘利亞等地被用於致命攻擊。因此,研究人員正在嘗試開發在環境中檢測這些化學武器並將其摧毀的技術。

英國謝菲爾德大學的邁克·沃德和他的團隊可能已經找到了一種方法,即使用自組裝超分子籠——可以作為較小分子宿主的大型空心分子結構。這種結構已經存在一段時間了,但沃德製造的結構令人興奮,因為它們可以在內部結合烷基膦酸酯。烷基膦酸酯與所討論的化學武器具有相同的基本大小和形狀,但缺乏使其如此危險的反應性離去基團,因此研究人員經常在實驗室中使用它們作為化學武器模擬物。

宿主籠子的每個頂點都有一個鈷或鎘雙陽離子,每條邊都有一個雙(吡唑基-吡啶)配體。在水中,疏水效應驅動籠子和烷基膦酸酯之間的相互作用。“內部表面襯有來自配體的 CH 基團,這是一個典型的疏水錶面——油和水不相容的原因是一樣的,”沃德解釋說。“因此,它充當了不溶於水分子的避風港。對於客體而言,它們的烷基鏈為結合提供了疏水貢獻。我們可以看到這一點,因為隨著烷基尺寸的增加,結合變得更強——即使在每種情況下,膦酸酯部分都保持不變。”疏水客體進入疏水腔在能量上是有利的,因為每個客體都會置換兩個結合的水分子,使它們彼此形成氫鍵,並透過自由移動來增加總熵。


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籠子也是發光的,但當烷基膦酸酯進入時會變暗。“這種方法非常巧妙,因為它將螯合與熒光響應結合在一起——將化學戰劑模擬物鎖定在配位籠中併發出其存在的訊號,”來自英國南安普頓大學的超分子化學家菲利普·蓋爾評論道。“化學武器可以透過大批次情況下的強氧化劑等化學物質銷燬,但非常需要高度選擇性的分析和檢測系統,尤其是在安全敏感的場所,”來自英國杜倫大學的無機化學家喬納森·斯蒂德補充道。

該團隊現在希望證明他們的籠子可以催化化學武器模擬物分解成無害的小分子,這可能證明是未來處理化學武器的有希望的方法。

本文經《化學世界》許可轉載。 該文章於首次發表於 2016 年 4 月 12 日。

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