Рубрика: Новости

Химики из университета Манчестера «сплели» самый тугой узел на Земле размером 20 нанометров, используя «тройную» атомную нить, содержащую всего 192 атома железа, азота, кислорода, углерода и хлора, сообщает Science.

Восьмерной узел, сплетенный химиками из Манчестера
© Stuart Jantzen, biocinematics com

«Мы связали молекулы в узел, используя технологии самосборки, когда молекулярные нити сплетаются вокруг металлических ионов, пересекаясь в строго определенных точках, подобно тому как сплетаются нити при вязании шерстяных носков. Затем свободные концы этих нитей соединяются друг с другом при помощи катализатора, и у нас получается полноценный узел», — рассказывает Дэвид Ли (David Leigh).

С момента создания первой одежды и первых тканей люди поняли, что переплетенные нити гораздо прочнее, чем комбинация одиночных волокон шерсти, льна и других материалов. Сегодня химики работают над созданием технологий, которые позволяли бы переплетать одиночные молекулы или углеродные нанотрубки и получать те же преимущества, что и при плетении обычных нитей.

Ли и его коллеги сделали большой шаг в сторону разработки подобных материалов и научились сплетать нить в единый «четверной» неразрывный узел, сложив длинную молекулу из 192 атомов в хорошо знакомый всем узор-«косичку» из трех отдельных нитей.

Если нить, сплетенную в такую «косичку», соединить в четырех точках и попытаться «растянуть», получится узел необычной формы, похожий на восьмиконечную звезду, «разобрать» которую невозможно, не разрезав одну из нитей. Он будет чрезвычайно компактным с точки зрения пространственной конфигурации, а также будет соответствовать одному из 21 варианта математически простых узлов, нити в котором пересекаются 8 раз.

Как отмечают ученые, подобный узел можно получить, намотав веревку на «бублик», а затем убрав сам «бублик». Более сложные узлы и похожие на них «косички»,  состоящие из нитевидных молекул, по мнению авторов статьи, могут найти применение в промышленности и науке.

«Некоторые полимеры, такие как шелк пауков, обладают прочностью, в два раза превышающей аналогичный параметр стали. Если сплести такой полимер в узлы и нити, мы сможем создать новое поколение легких, сверхпрочных и гибких материалов, пригодных для промышленного применения», — заключает Ли.

Источник: РИА Новости

Самые крупные и чистые алмазы рождаются внутри рек из расплавленного железа и никеля в самых глубоких слоях мантии Земли, где существуют идеальные условия для кристаллизации больших «капель» жидкого углерода, объясняют геологи в статье, опубликованной в журнале Science.

Стеклянные копии девяти бриллиантов, полученных из Куллинана
© Ch ris 73

«Некоторые крупнейшие и самые ценные алмазы, такие как Кохинур, Куллинан, великая «Звезда Африки», или «Обещание Лесото», обладают необычными физическими свойствами, которые заставили наших коллег считать, что они являются особыми камнями, отличными от обычных алмазов. Никто не знал, как они сформировались, и какие тайны Земли они хранят в себе», — заявил Уи Ван (Wuyi Wang) из Гемологического института Америки в Нью-Йорке (США).

Большая часть самых крупных и исторически известных алмазов на нашей планете была найдена в так называемых кимберлитовых трубках. Они представляют собой «столбы» из особых магматических пород, которые, как считают сегодня ученые, поднялись с самых глубоких слоев мантии к основанию земной коры, пробили ее и вышли на поверхность Земли. Такие трубки встречаются только в некоторых районах Восточной Сибири, ЮАР, Танзании и Бразилии, где добывается 90% алмазов планеты.

Сегодня  ученые активно изучают химический и минеральный состав этих трубок и содержащихся в них алмазов в надежде раскрыть тайны того, как происходит круговорот пород в самых глубинных слоях мантии, близких к ядру планеты. К примеру, пять лет назад ученые выяснили, изучая бразильские алмазы, что они образуются на очень большой глубине, около 700 километров, из материи океанической коры, «утонувшей» в далеком прошлом в мантии Земли.

Ван и его коллеги смогли раскрыть происхождение Кулиннана и еще нескольких других знаменитых алмазов, изучая их «обрезки», которые хранились в коллекции одного из частных ювелиров, обрабатывающих драгоценных камни из разных шахт на территории ЮАР и Танзании.

В этих обрезках, как объясняют ученые, сохранились микроскопические пузырьки с газами и горными породами, «заточенные» внутри алмаза в тот момент, когда он сформировался внутри толщи магмы. Соответственно, химический состав этих включений может рассказать нам о том, где и как образовались эти драгоценные камни.

Их изучение раскрыло неожиданную вещь – оказалось, что они содержали в себе не только перовскит и другие минералы, формирующиеся на очень большой глубине, но и два неожиданных компонента – сплавы железа, никеля и других металлов, а также небольшие количества метана и серы. И то и другое указывает на то, что алмазы, подобные Кохинуру и «Звезде Африки», возникали внутри гигантских рек из расплавленного металла внутри недр Земли.

В этих реках, судя по присутствию метана и ряда других примесей, не было кислорода и других окислителей, способных помешать формированию кристаллов из чистого углерода. Это подтверждает результаты теоретических расчетов и предыдущих экспериментов с алмазами, и указывает на то, что самые красивые и крупные брильянты действительно являются особыми драгоценными камнями, которые родились отдельно от всех остальных алмазов.

Источник: РИА Новости

Международная группа ученых из России и Израиля создала нанопроволоку из молекул ДНК и частиц серебра, которую можно использовать как проводник. По словам ученых, с помощью молекул ДНК можно было бы создать новое поколение электронных схем и электрических устройств, но молекула ДНК сама по себе проводит ток плохо. Проводимость ДНК можно повысить, если покрыть цепочку ДНК атомами металлов, но, как оказалось, металлизация ДНК происходит неравномерно, что сказывается на проводимости.

Ученые решили использовать искусственную ДНК, состоящую не из четырех азотистых оснований — аденина, тимина, гуанина и цитозина, а только из двух последних, так как гуанин и цитозин лучше связываются с ионами серебра и проводят ток. Из нитрата серебра и коротких участков ДНК они создали наночастицы, покрытые ионами металла, а потом к раствору наночастиц добавили искусственно синтезированную гуанин-цитозиновую ДНК и оставили на 2−3 дня. Частицы взаимодействовали с ДНК, и «отдали» ей свои атомы, покрыв ДНК равномерным слоем атомов серебра.

Молекула получилась более прочной механически, к тому же с ней не связываются ферменты, которые расщепляют обычную ДНК.

 

Ученые ожидают, что поскольку атомы металла равномерно расположены вдоль молекулы ДНК, нанопроволока из нуклеиновой кислоты будет хорошим проводником. Теперь ученые собираются проверить, насколько же хорошо их изделие проводит ток.

Источник: chrdk. ru

Связав несколько молекул ферроцена друг с другом, Майкл Инкпен (Michael S. Inkpen), Николас Лонг (Nicholas J. Long) и Тим Альбрехт из Имперского Колледжа Лондона синтезировали новый железосодержащий макроцикл, напоминающий колесо обозрения (ну или звено имперских Тай-файтеров при заходе на цель). Проявляющие активность в окислительно-восстановительных реакциях наноциклы, содержащие от пяти до девяти ферроценовых структурных звеньев, могут использоваться для распознавания и связывания ионов, а также для применения в молекулярной электронике (Nat. Chem. 2016, DOI: 10.1038/nchem.2553).

Клаус-Ричард Поршке (Klaus-Richard Pörschke) сообщает о новой молекуле, в которой ион цезия одновременно координирован с рекордным количеством атомов фтора – шестнадцатью атомами, входящими в состав пяти анионов. Введя во взаимодействие объемный, однозарядный катион Cs⁺ со слабо координирующимся анионом [H₂NB₂(C₆F₅)₆]^– позволило достичь координационного числа 16. Этот рекорд, скорее всего, уже не удастся побить (J. Am. Chem. Soc. 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b02590).

Химики, работавшие под руководством Тома Нигельса (Tom Nilges) из Технического Университета Мюнхена сообщают о первом примере неорганического соединения, самоорганизующегося в двойную спираль. Полупроводниковый материал SnIP представляет собой цепочку йодида олова (элементарное звено – SnI⁺), переплетенную с цепью фосфид-аниона (P^–). Нильгес с соавторами определили, что устойчивость двойной спирали SnIP обеспечивают непрочные взаимодействия, возникающие между неподеленными электронными парами фосфора и вакантными орбиталями олова. Координационные взаимодействия между неорганическими спиралями получаются прочнее, чем водородные связи в двойной цепи ДНК, — они обусловливают высокую устойчивость SnIP к механическому воздействию (Adv. Mater. 2016, DOI: 10.1002/adma.201603135).

Почти спустя четыре десятилетия после того, как в 1978 году Шрок (Richard R. Schrock) и Кларк (D.N. Clark) синтезировали алкил-алкилиден-алкилидиновый комплекс вольфрама W(CBu-t)(CHBu-t)(CH₂But)(dmpe) исследователям из США удалось получить его азотсодержащий аналог – нитрид-имид-амидный комплекс хрома. Исследователи из группы Аарона Одома (Aaron Odom) из Университета Мичигана, давно и плодотворно получающие металлоорганические нитридные и имидные комплексы хрома, синтезировали комплекс, в котором один атом хрома связан с атомами азота двумя одинарными, двойной и тройной связями. Полученное соединение было получено в результате реакции нитридного трис(амидного) комплекса хрома с гидридом калия в присутствии криптанда. Уникальный азотсодержащий комплекс хрома [K(crypt-2.2.2)][NCr(NPh)(N(Pr-i)₂)₂] представляет собой кристаллическое вещество янтарного цвета. (Chem. Sci. 2016, DOI: 10.1039/c5sc04608d). Александер Хинц (Alexander Hinz) из Оксфорда и Аксель Шульц (Axel Schulz) из Университета Ростока получили ациклическое соединение, содержащее уникальную цепь из четырех пниктогенов Sb–N–As=P. Они не исключают возможности присоединения к этой цепочки еще и висмута, и, если это удастся – будет получено первое вещество, в структурном элементе которого будут присутствовать все пять элементов одной группы Периодической системы (Chem. Eur. J. 2016, DOI: 10.1002/chem.201601916).

Получив орто-этинилбензольный дианион в ходе газофазного эксперимента, Бервик Поад (Berwyck Poad) получил наиболее сильное не настоящий момент основание. Основность дианиона такова, что в газовой фазе он депротонирует бензол (Chem. Sci. 2016, DOI: 10.1039/c6sc01726f). Еще одно вещество-рекордсмен получено Клаусом Мюлленом (Klaus Müllen), получившим производное бензола, которое на настоящий момент является рекордсменом среди электронейтральных молекул, содержащих только ковалентные связи, по значению дипольного момента, составляющего 14,1 Дебай (Angew. Chem. Int. Ed. 2016, DOI: 10.1002/anie.201508249).

 

 

Повсеместное распространение литий-ионных аккумуляторов, дающих энергию и смартфонам, и плеерам, и ноутбукам, едва ли дает повод для фантазий о том, что эти источники питания можно чем-то заменить. Однако увеличение стоимости лития заставляет исследователей искать альтернативу этому типу источников питания.

Один из работающих прототипов нового аккумулятора основан на применении чрезвычайно доступного и распространенного сырья – морской воды. Исследователи сообщают о разработке нового – натрий-воздушного аккумулятора (sodium-air battery), католитом в котором является морская вода.

Рисунок из ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8 (48), 32778

Натрий-воздушные (точнее – натрий-кислородные) источники питания принято рассматривать как подающие наибольшие надежды и обладающие наилучшим соотношением цена/качество альтернативы современным литий-ионным аккумуляторам. Тем не менее, их коммерциализацию останавливает ряд нерешенных до настоящего времени и весьма сложных проблем.

Су Мин Хуан (Soo Min Hwang) и Юнсик Ким (Youngsik Kim) из Национального Института Науки и Технологии Южной Кореи решили попробовать решить эти проблемы, применив в качестве католита (комбинации катода и электролита) морскую воду. Электролит в источниках питания позволяет носителям электрического заряда перемещаться между электродами. Постоянный поток морской воды внутри и снаружи источника питания обеспечивает аккумулятор ионами натрия и водой, необходимыми для формирования заряда. Однако в первом варианте устройства реакции протекали недостаточно быстро для обеспечения зарядки и разрядки источника питания, и исследователи попытались внести изменения в конструкцию.

В новый прототип устройства были загружены обладающие каталитической активностью пористые наночастицы из смешанного оксида кобальта марганца. Поры в наночастицах обеспечивают большую площадь поверхности, увеличивающую скорость электрохимических реакций, отвечающих за формирование заряда. В качестве анода нового устройства выступал угольный электрод. Содержащий нанокатализаторы аккумулятор обеспечивал высокую эффективность в течение 100 циклов зарядка/разрядка, поддерживая напряжение разрядки, равное 2.7 Вольт. Выходное напряжение «батарейки из морской воды» пока еще уступает литий-ионным источникам питания, выдающим на выходе до 4.0 Вольт, однако исследователи уверены, что им удастся догнать и перегнать «литиевый стандарт».

Источник: ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8 (48), 32778; DOI: 10.1021/acsami.6b10082

Исследователи из США получили в кристаллическом состоянии первую двойную интерметаллическую соль, в которой на платине локализован отрицательный заряд.

Кристаллы Cs₂Pt и Cs₉Pt₄H (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201606682)

Соединение состава Cs₉Pt₄H (платинид-гидрид цезия, caesium platinide hydride) открыли специалисты по химии материалов Володимир Сметана (Volodymyr Smetana) и Аня-Верена Мудринг (Anya-Verena Mudring) из лаборатории Эймса при Министерстве энергетики США. Платинид-гидрид цезия является первым примером соединения, состоящего из трех элементов, в котором платина принимает степень окисления –2.

Известно достаточное количество гидридов, в состав которых входят щелочные металлы, платина и водород, однако в составе этих веществ платина имеет положительную степень окисления и несет положительный заряд. К настоящему времени примеры веществ, в которых имеются отрицательно заряженные ионы металлов, крайне редки.

Соединение Cs₉Pt₄H было выделено в виде кристаллов вишнево-красного цвета, для его получения использовали реакцию платины с металлическим цезием и гидридом цезия. Изучение платинид-гидрида цезия с помощью ЯМР-спектроскопии и квантовохимического моделирования подтвердило его строение и распределение зарядов.

Источник Angew. Chem., Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201606682

Исследователи из Германии и Бельгии въехали в мир двумерных материалов из углерода на новой молекуле – «колесе со спицами», представляющем собой полифениленовую структуру.

Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b10369

С открытия в 2004 году графена исследователи пополняют «плоский мир» двумерных молекул, создавая из атомов углерода (и не только его) новые структуры, подчас обладающие экзотическими свойствами. Системы, представляющие собой структуры толщиной в один атом – силицен, фосфорен, различные производные графена, в настоящее время рассматриваются как возможные альтернативы привычных для нас полупроводниковых материалов и устройств на их основе. К сожалению, зачастую эти соединения сложно получать, а известные к настоящему моменту нисходящие методы их синтеза (путем уменьшения структуры) позволяют получать только лишь то количество образцов, которое пока пригодно только для исследования в лаборатории.

В новой работе Йи Лю (Yi Liu) из Института исследования полимерных материалов им. Макса Планка в Германии сообщает о попытке получения нового класса двумерных материалов на основе атомов углерода с помощью восходящего способа (укрупнение структуры). Исследователям удалось получить плоскую полифениленовую структуру, напоминающую кольцо со спицами, в котором имеется шесть внутренних «пор» и, по крайней мере, 22 бензольных кольца. Для получения такой молекулы использовалась олигомеризация алкина над катализатором из кобальта.

Новая плоская молекула сохраняет свою форму в условиях ее изучения с помощью сканирующего туннельного микроскопа и может быть использована как строительный блок для получения еще большей по размеру двумерной полифениленовой структуры, которую Лю с коллегами назвали «графениленом» (graphenylene). Пустоты между спицами могут еще и выступать в качестве «хозяев» для ионов брома и йода.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b10369

Благодаря усилиям учёных из США появились гибкие сенсоры на молочную кислоту и её анион. Эти сенсоры можно встроить в обычные носки, а источником энергии для работы является пот носителя.

Джозеф Вонг (Joseph Wang) с коллегами из Университета Калифорнии смогли инкорпорировать биотопливный энергетический элемент непосредственно на текстильные изделия, прилегающие непосредственно к телу человека, – носки и майки [1]. Такие сенсоры, которые будут получать энергию непосредственно из пота человека, носящего этот текстиль, могут определять содержание глюкозы и ионов молочной кислоты в поте человека, позволяя людям, страдающим от диабета, а также спортсменам контролировать состояние своего здоровья.

Применив чернила на основе растяжимых змеевидно расположенных углеродных нанотрубок [2], исследователи из группы Вонга решили давнюю проблему носимых на теле и получающих энергию от своего «носителя» устройств – потерю эффективности элементов питания, связанную с непрерывным изменением формы компонентов, из которых состоит устройство, преобразующее энергию движущегося тела в электроэнергию для работы сенсора.

Рисунок из J. Mater. Chem. A, 2016, DOI: 10.1039/C6TA08358G

Разработанный сенсор может находится в контакте с беспроводным устройством, которое позволит владельцу сенсора отслеживать информацию о содержании глюкозы и молочной кислоты в своем поту, считывая информацию с экрана смартфона.

На аноде нового гибкого сенсора иммобилизованы ферменты – глюкооксидаза и/или лактатоксидаза, что позволяет определять содержание либо глюкозы и/или лактат-иона в потовых выделениях носителя. Окисление метаболитов обеспечивает сенсор энергией, а концентрация метаболитов обуславливает интенсивность сигнала.

Исследователи из группы Вонга опробовали новые сенсоры, внедрив их в обычные носки, а испытания показали как надежность новых устройств, так и возможность их применения в «умной одежде» нового поколения.

Источники: [1] J. Mater. Chem. A, 2016, DOI: 10.1039/C6TA08358G [2] Nano Letters, 2016, 16, 721; DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04549

Как заявляют учёные из Сербии, для получения некоторых биологически активных соединений лимонный сок может стать экологически чистой и безопасной заменой опасным растворителям и катализаторам на основе переходных металлов.

Синтез хиноксалинов и бензоксазинов, структур, производные которых применяются в фармацевтике и химии материалов, зачастую требует применения металлокомплексных катализаторов и таких растворителей, как толуол или ксилол. Группа исследователей из Университета Крагуевац, работающих под руководством Ненада Янковича (Nenad Janković), использовала лимонный сок для получения этих соединений из замещенных этил- 4-оксо-2-бутеноатов и орто-фенилендиамина или орто-аминофенола. Процесс протекает с хорошей атомной экономией и высокими выходами.

Содержащаяся в соке лимонная кислота катализирует образование реакционноспособных частиц из производных этил- 4-оксо-2-бутеноатов. По завершению реакции целевой продукт, не растворимый в воде, может быть отделен от реакционной смеси с помощью фильтрования.

Лимонный сок катализирует реакцию замещенных этил- 4-оксо-2-бутеноатов с орто-фенилендиамином (Y=NH2) или орто-аминофенолом (Y=OH), приводящую к образованию хиноксалинов (Z=NH) или бензоксазинов (Z=O). (Рисунок из Green Chem., 2016, DOI: 10.1039/c6gc02893d)

Также было обнаружено, что замена исходных енолов на соответствующие им еноляты приводит к существенному увеличению скорости процесса, позволяя завершить его в 12 раз быстрее. Немаловажно и то, что им удавалось повторно использовать ставший реакционной средой лимонный сок, причём после пяти применений его каталитическая активность не понижалась. Для демонстрации возможности масштабирования процесса Янкович с коллегами получил ряд целевых продуктов с мультиграммовыми выходами.

Источник: Green Chem., 2016, DOI: 10.1039/c6gc02893d

С помощью наиболее мощного сверхкомпьютера в США – «Титана», исследователи продемонстрировали, что нуклид ⁷⁸Ni представляет собой дважды магическое ядро, то есть исключительно устойчивое ядро. Результаты исследования могут увеличить наше понимание об устойчивости материи.

Рисунок из Phys. Rev. Lett., 2016, 117, 172501

У атомных ядер имеются индивидуальные оболочки с различными энергетическими уровнями. Так называемые магические числа (2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126) соответствуют полностью заполненным оболочкам, обычно обуславливающим высокую устойчивость соответствующих нуклидов. Если и число протонов, и число нейтронов в ядре соответствуют магическим числам, такие ядра относят к дважды магическим. Дважды магические ядра, как правило, гораздо прочнее своих соседей по Периодической системе.

Нуклид никель-58 представляет собой самый распространенный из изотопов никеля, его ядро образовано 28 протонами и 30 нейтронами. Считается, что никель-78 с пятьюдесятью нейтронами должен проявлять особую устойчивость и играть ключевую роль в нуклеосинтезе элементов, более тяжелых, чем железо, в сверхновых звездах. Тем не менее, на Земле, в лабораторных условиях этот нуклид еще никому не удавалось получить. Чтобы найти ответ на вопрос – существует ли вообще хотя бы принципиальная возможность получения этого нуклида – исследователи из Национальной лаборатории Оак Ридж (Теннесси, США) использовали компьютерный комплекс «Титан» Задача стояла в подтверждении или опровержении того, действительно ли ядро ⁷⁸Ni дважды магическое и исключительно стабильно. Расчеты энергий всех возможных конфигураций ядра заняли огромное количество машинного времени.

Исследователи утверждают, что они провели первые реалистичные расчеты внутренней структуры ядра ⁷⁸Ni и получили убедительные доказательства того, что это ядро является дважды магическим. Более того – было обнаружено, что исключительная стабильность ⁷⁸Ni позволяет ему принимать еще два нейтрона и не разрушаться. В перспективе исследователи планируют рассчитать параметры еще одного пока недоступного экспериментально дважды магического ядра – нуклида ¹⁰⁰Sn.

Источник: Phys. Rev. Lett., 2016, 117, 172501 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.172501)