ایجاد تصادفی کوچکترین و محکم‌ترین گره دنیا

شیمی‌دان‌ها به تازگی به شکل تصادفی کوچکترین و محکم‌ترین گره دنیا را ایجاد کرده‌اند که فقط از ۵۴ اتم ساخته شده است.

به گزارش ایسنا، دانشمندان دانشگاه وسترن انتاریو و آکادمی علوم چین به ‌طور تصادفی کوچک‌ترین و محکم‌ترین گره را ایجاد کرده‌اند که می‌تواند در کتاب رکوردهای جهانی گینس ثبت شود.

این درهم‌تنیدگی میکروسکوپی قابل توجه شامل تنها ۵۴ اتم است که سه بار به دور خود پیچیده و به حلقه‌ای در هم پیچیده تبدیل شده که به آن «گره سه‌پره» می‌گویند.

این شکل که شبیه به گیاه شبدر سه برگی است، ساده‌ترین گره است و برای نظریه گره‌های ریاضی بنیادی است.

شیمیدانان چینی در سال ۲۰۲۰ زنجیره‌ای متشکل از ۶۹ اتم را طوری قرار دادند تا سه بار از روی خود عبور کنند و گره سه‌پره را تشکیل دهند. اکنون پژوهشگران دانشگاه وسترن انتاریو در کانادا و آکادمی علوم چین با یکدیگر متحد شده‌اند و این رکورد را با ایجاد یک گره سه‌پره ۵۴ اتمی شکسته‌اند.

گفتنی است که با کاهش نسبت اتم‌ها نسبت به شاخص «تلاقی برگشتی»(back crossings)، قدرت گره مولکولی قوی‌تر می‌شود. گره ایجاد شده در سال ۲۰۲۰ دارای نسبت تلاقی برگشتی(BCR) ۲۳ بود، در حالی که نسبت تلاقی برگشتی گره فعلی ۱۸ است. اغلب گره‌های مولکولی آلی دارای BCR بین ۲۷ تا ۳۳ هستند.

در حالی که پژوهشگران مطمئن نیستند که چقدر می‌توانند به ساخت این گره‌های تک رشته‌ای کوچک و محکم ادامه دهند، محاسبات شیمیایی کوانتومی نشان می‌دهد که پایدارترین ساختار سه‌پره حدود ۵۰ مولکول طول دارد. به این معنی است که ما در حال نزدیک‌تر شدن به حد نظری این زمینه هستیم.

این شاهکار جدید، پژوهشگران را بیش از هر زمان دیگری به گره‌های میکروسکوپی که به طور طبیعی در دی‌ان‌ای، آران‌ای و پروتئین‌های مختلف در بدن ما تشکیل می‌شوند، نزدیک می‌کند. علاوه بر این، درک چگونگی شکل‌گیری جدیدترین گره‌ها می‌تواند به دانشمندان در ساخت پلاستیک‌ها و پلیمرهای بهتر کمک کند.

پژوهشگران می‌گویند: گره‌های مولکولی که ایجاد آن‌ها چالش‌های زیادی را به همراه دارد، می‌توانند نقش مهمی در ساختار و عملکرد پروتئین و همچنین در مواد مولکولی مفید داشته باشند که خواص آنها به اندازه ساختار آنها بستگی دارد.

مانند بسیاری از پیشرفت‌های علمی، این یکی نیز یک تصادف مبارک است. ریچارد پودفات شیمیدان این رویداد اتفاقی را شرح داده است.

پودفات و همکارانش در دانشگاه وسترن انتاریو روی ایجاد استیلیدهای فلزی در آزمایشگاه کار می‌کردند که آلکین‌ها(نوعی هیدروکربن با هیدروژن حذف شده از انتهای آن) بودند. این محصول نهایی بسیار مفید است، زیرا می‌تواند به دانشمندان در انجام واکنش‌های شیمیایی آلی کمک کند.

پژوهشگران هنگام اتصال استیلید طلا با ساختار کربن دیگری به نام لیگاند دی‌فسفین، به طور غیرمنتظره‌ای به جای یک زنجیره طلا یا کاتنان(catenane)، یک گره سه‌پره ایجاد کردند.

شیمیدانان از سال ۱۹۸۹ تاکنون سعی در ایجاد گره‌های مولکولی با هدایت زنجیره‌های مارپیچ به ساختار مورد نظر با یون‌های فلزی داشتند.

برای مثال در سال ۲۰۲۰، شیمیدان‌ها با استفاده از اتم‌های فلزی برای «تا کردن و درهم‌تنیدگی» رشته مولکولی، محکم‌ترین گره سه‌پره آن زمان را ایجاد کردند. هنگامی که این اتم‌های فلزی در پایان فرآیند حذف می‌شوند، گره نمی‌تواند باز شود.

این جدیدترین گره فلزی از طلا متفاوت است، زیرا خود را جمع می‌کند.

پودفات که در دانشگاه وسترن انتاریو کار می‌کند، می‌گوید: این یک سیستم کاملاً پیچیده است و صادقانه بگویم، ما نمی‌دانیم چگونه اتفاق می‌افتد.

او و همکارانش امیدوارند که گره آنها انگیزه‌ای قوی برای دنبال کردن ساختارهای مشابه و قوی‌تر در آینده ایجاد کند.

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.

انتهای پیام