Химики из Японии скормили углеродные наноремни и циклопарафенилен азиатским хлопковым совкам, а на выходе получили их окисленные аналоги. Причем реакция шла селективно — кислород внедрялся в единственное положение углеводородов, а побочных продуктов не получалось. Исследование опубликовано в Science.
Многие ферменты в живых организмах катализируют химические реакции, которые повторить в лаборатории пока не получается. Катализаторы, которые придумывают химики, часто уступают природным ферментам по каталитической активности. Кроме того, ферментативные реакции часто отличаются своей селективностью и субстратной специфичностью — из одного исходного получается только один продукт, а другие исходные в реакцию просто не вступают.
Использовать это в своих целях решили химики под руководством Кэнъитиро Итами (Kenichiro Itami) из Нагойского университета. Они предложили использовать метаболизм насекомых для синтеза производных наноуглерода — наноремней и циклопарафениленов.
Начали химики с модификации циклопарафенилена, в котором шесть бензольных колец соединены между собой углеродными мостиками. Они кормили им разных насекомых и анализировали их экскременты на наличие продуктов превращения исходного вещества. Как пишут ученые, в большинстве экспериментов ничего не получалось, а насекомые, например, тутовый шелкопряд (Bombyx mori), погибали из-за токсичности циклопарафенилена.
Но в одном случае насекомые не погибли. Когда химики скормили гусеницам азиатских хлопковых совок (Spodoptera litura) циклопарафенилен вместе с красной фасолью и агаром, собрали их экскременты, растворили их в дихлорметане и провели масс-спектрометрию экстракта, они обнаружили в смеси кислородное производное циклопарафенилена. Оно образовалось с выходом 10 процентов, а его структуру ученые установили с помощью рентгеноструктурного анализа. Оказалось, что в результате реакции между двумя бензольными кольцами циклопарафенилена встроился один атом кислорода.
Далее химики повторили этот процесс с другим исходным веществом — углеродным наноремнем, в котором пара-положения шести бензольных колец были соединены между собой. Реакция прошла похожим образом, и образовалось кислородное производное наноремня с выходом шесть процентов. Причем наноремни с другим количеством бензольных колец в реакцию не вступали.
Так ученые показали, что некоторые насекомые могут селективно метаболизировать неприродные вещества в продукты, которые трудно получить химическим путем. Как показал анализ уровней экспрессии разных генов в совках, окисление проходило при содействии нескольких цитохромов.
Ранее мы рассказывали о том, как химики синтезировали в лаборатории оптически чистый нанографен.