Химики только что завязали самый тугой узел в истории, состоящий всего из 54 атомов

Ученые случайно завязали самый маленький и крепкий узел за всю историю, заняв первое место в Книге рекордов Гиннеса.

Замечательный микроскопический клубок содержит всего 54 атома, которые трижды закручиваются в переплетающуюся петлю, называемую ‘трилистником’ узел без свободных концов.

Эта форма «трехлистного клевера» — самый простой из нетривиальных узлов, и он фундамент математической теории узлов.

В 2020 году химики в Китаеобучили цепочка из 69 атомов, которая трижды пересеклась, образовав трилистник. Теперь исследователи из Университета Западного Онтарио в Канаде и Китайской академии наук объединили усилия и побили этот рекорд.

По мере того как соотношение атомов к «обратным пересечениям» уменьшается, прочность молекулярного узла становится сильнее. Узел, созданный в 2020 году, имеет коэффициент пересечения магистралей (BCR) 23.

Текущий узел имеет BCR 18.

Большинство органических молекулярных узлов имеют BCR от 27 до 33. Хотя эксперты не уверены, насколько маленькими или тугими они смогут продолжать образовывать однонитевые узлы, квантово-химические расчеты предполагают, что наиболее стабильная структура трилистника имеет длину около 50 молекул , а это означает, что мы приближаемся к теоретическому пределу.

Недавний подвиг приближает экспертов как никогда к микроскопическим узлам, которые формируются естественно, в ДНК, РНК и различных белках нашего организма. Более того, понимание того, как новейшие формы узлов могут помочь ученым создавать более совершенные пластмассы и полимеры.

«Молекулярные узлы, синтез которых представляет собой множество проблемы, могут играть важную роль в структуре и функциях белков, а также в полезных молекулярных материалах, свойства которых зависят от размера узловой структуры», объясните команда исследователей.

Как и многие научные открытия, этот стал счастливой случайностью. Химик Ричард Паддефатт рассказал Алексу Уилкинсу в New Scientist, как произошло это счастливое событие.

Пуддефатт и его коллеги работали над созданием ацетилидов металлов в лаборатории, которые представляют собой алкины – тип углеводорода – с удаленным с конца водородом. Этот конечный продукт очень полезен, поскольку может помочь ученым проводить органические химические реакции.

При соединении ацетилида золота с другой углеродной структурой, называемой дифосфинового лиганда, команда неожиданно создала узел-трилистник вместо золотой цепочки или катенана.

С 1989 года химики пытаясь связать молекулярные узлы, направляя спиральные цепочки в желаемую структуру с помощью ионов металлов.

Например, в 2020 году химики завязали самый тугой узел трилистника того времени, используя атомы металла, чтобы «складывать и переплетать » молекулярная нить. Когда эти атомы металла удаляются в конце процесса, узел невозможно развязать.

Новейший «металлический узел» из золота отличается тем, что собирается сама.

«Это довольно сложная система, и, честно говоря, мы не знаем, как это происходит, » Паддефатт, работающий в Университете Западного Онтарио, рассказал New Scientist.

Он и его коллеги надеются, что их узел «обеспечит сильную мотивацию для создания подобных, но, как мы надеемся, более надежных структур путем самостоятельной сборки» в будущем.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications .