Открытия.

Голландские химики свернули молекулы в крендели.

Нидерландские ученые сумели получить принципиально новые химические соединения, формой напоминающие крендели – квази[1]катенаны и квази[1]ротаксаны, относящиеся к классу лассо-пептидов. Они могут стать основой универсальных антибиотиков.

Лассо-пептиды — это короткие белки, образующие молекулярную «петлю» вокруг основной аминокислотной цепочки, из которой состоит белок. Благодаря такой форме лассо-пептид очень компактен и стабилен, так как к пептидным связям в «узелке» трудно подобраться. При этом такая молекула биологически активна, в отличие молекулы линейной. Лассо-пептиды распространены у бактерий  и используются ими для защиты от других бактерий.

 Сложность синтеза лассо-пептидов состоит в том, что структура молекулы, образующая петлю, крепко «связана» внутри аминокислотной цепочки ковалентными молекулярными связями. Поскольку современные методы химического синтеза не позволяют «протащить» одну часть молекулы сквозь другую, такую ковалентную связь в лаборатории получить невозможно.

Голландские исследователи предложили принципиально новый метод получения молекулярной петли из аминокислотной цепочки. Вместо того чтобы «протаскивать» аминокислотную цепочку сквозь аминокислотную петлю, нидерландцы научились «раскрывать» аминокислотную цепочку и «закрывать» ее вокруг петли.

Эта концепция органического синтеза молекул получила название «шаблонная направленная макроциклизация обратного сбрасывания». Когда этот процесс завершается, из линейной аминокислотной цепочки получаются две цепочки, замкнутые в форме кренделя. Центром их соединения выступает атом углерода тетраэдрической формы.

https://chrdk.ru/news/molekuly-krendeli

Удивительные цепелланы: вещество, опровергающее гравитацию.

Неожиданное открытие состоялось в Мебиусовском центре структурных исследований углерода, где Вольфганг Шпиль и Жюли Токайе отрабатывали получение графена с использованием слабых высокочастотных токов.

Были подобраны условия формирования устойчивых графеновых слоев, однако отделить их от металлической подложки без разрывов никак не удавалось. Тогда и родилась идея заменить подложку титановой пластиной с заранее подготовленными нанопорами: продувая сквозь них инертный гелий, планировалось «сдуть» графен с поверхности и затем отфильтровать его из воздуха.

Первые опыты дали удручающие результаты — никаких следов графена в экспериментальной камере не нашли. В очередной раз перебирая свою установку, ученые разгерметизировали ее. Тут и случилось нечто совершенно неожиданное: из отверстия вылетело несколько капель, которые поднялись к потолку и… исчезли в вентиляции. По словам Токайе, «все это было как в фантастическом фильме до эпохи компьютерных эффектов»: жидкость с крайне низкой плотностью скапливалась под крышкой реактора, а выпущенная наружу — поднималась вверх.

Опыты показали, что летучие капли включали только углерод и гелий, причем спектры углерода были очень похожи на фуллереновые. Отсюда появилось и решение — замкнутые структуры, заполненные гелием, как молекулярный аналог дирижабля. Название нового класса соединений родилось само собой — цеппеланы. 

Цеппеланы — аллотропные модификации углерода в виде  пяти- и шестиугольников, замкнутых в многогранник. Размер — от 1.1 нм до сотен нанометров.   

Экспериментируя, Шпиль и Токайе получили и аналоги первой структуры. Заполненные аргоном и более тяжелыми благородными газами, они становились нелетучими, хотя и сохраняли другие свойства, включая высокую текучесть (низкое внутреннее трение) и электропроводность.

К изучению цепелланов быстро подключились теоретики, предсказав, что замкнутые наноструктуры углерода могут заключать самые разные атомы или молекулы, не взаимодействуя с ними. При этом за счет высокой электропроводности графена они способны обмениваться электронами с внешним пространством и образовывать химические связи, не покидая своей углеродной оболочки.

http://www.popmech.ru/science/348802-udivitelnye-tsepellany-veshchestvo-oprovergayushchee-gravitatsiyu/

Гелий заставили создать устойчивое химическое соединение.

Международная группа ученых из МФТИ, Сколтеха, Нанкинского университета и Университета Стоуни Брук под руководством Артема Оганова предсказала и смогла получить в лабораторных условиях стабильное соединение натрия с гелием — Na₂He. Подобные соединения могут возникать в недрах Земли и других планет, в условиях очень высокого давления и температуры. 

Гелий, как и неон, является наиболее химически инертным элементом в таблице Менделеева и практически не вступает в реакции из-за заполненной внешней электронной оболочки, высокого потенциала ионизации и нулевого сродства к электрону. Однако ситуация может измениться, если попытаться работать при высоких давлениях — в таких условиях благородные газы становятся более активными и образуют соединения.

Трехмерная структура соединения Na2He

Исследователи провели крупномасштабный поиск возможных стабильных соединений гелия с различными элементами (H, O, F, Na, K, Mg, Li, Rb, Cs и так далее) при помощи кода USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography), разработанного Огановым и его коллегами в 2004 году. Выяснилось, что только натрий образует устойчивое соединение с He при давлениях, доступных для лабораторных экспериментов. Тогда было решено поискать стабильное соединение системы Na-He с минимальной энтальпией образования (т.е. наиболее устойчивые) при разных давлениях. Расчеты показывают, что это будет соединение Na₂He. Реакция образования этого вещества возможна при давлениях выше 160 ГПа, при этом она будет экзотермической, т.е. с выделением тепла. При давлениях ниже 50 ГПа соединение будет нестабильным.

Для проверки теоретических расчетов было решено попробовать получить предсказанное соединение при помощи алмазных наковален, нагреваемых лазерным излучением. В них загружались тонкие пластины из натрия, а все остальное пространство заполнялось газообразным гелием. Во время экспериментов ученые снимали Рамановские спектры, кроме того состояние системы контролировалось визуально и при помощи метода дифракции синхротронного рентгеновского излучения. Полученные данные затем сравнивались с предсказанными на основе расчетов.

Полученные данные затем сравнивались с предсказанными на основе расчетов. Выяснилось, что соединение Na₂He имеет гораздо более высокую температуру плавления, чем чистый натрий — выше 1500 К при 140 ГПа. Оно стабильно при давлениях выше 113 ГПа и обладает кристаллической структурой, похожей на трехмерную шахматную доску. Вещество представляет собой электрид, обладающий диэлектрическими свойствами. На основе этих экспериментов было также предсказано существование еще одного соединения с гелием — Na₂HeO, с похожей структурой, существование которого еще предстоит проверить.

https://nplus1.ru/news/2017/02/08/chemistrywithhelium