Химия между хозяином и гостем

В химии супрамолекулярной Химия хозяин-гость описывает комплексы , которые состоят из двух или более молекул или ионов , которые удерживаются вместе в уникальных структурных отношениях силами, отличными от сил полных ковалентных связей . Химия хозяин-гость включает в себя идею молекулярного распознавания и взаимодействия посредством нековалентных связей . Нековалентная связь имеет решающее значение для поддержания трехмерной структуры больших молекул, таких как белки, и участвует во многих биологических процессах, в которых большие молекулы специфически, но временно связываются друг с другом.

Хотя нековалентные взаимодействия можно грубо разделить на взаимодействия с более электростатическим или дисперсионным вкладом, существует несколько обычно упоминаемых типов нековалентных взаимодействий: ионная связь , водородная связь , силы Ван-дер-Ваальса и гидрофобные взаимодействия .

Взаимодействие между хозяином и гостем привлекло огромное внимание с момента его обнаружения. Это важная область, поскольку многие биологические процессы требуют взаимодействия хозяина и гостя, и это может быть полезно при разработке некоторых материалов. Существует несколько типичных молекул-хозяев, таких как циклодекстрин, краун-эфир и др .

Кристаллическая структура комплекса хозяин-гость с п-ксилилендиаммонием, связанным внутри кукурбитурила

Гость N ₂ связан внутри капсулы хозяина с водородными связями.

Обзор

Хотя Ван дер Ваальс постулировал межмолекулярное взаимодействие в 1873 году, в 1894 году Фишер заложил философские корни супрамолекулярной химии . Он отметил, что фермент-белковые взаимодействия ведут себя по принципу «замка и ключа». Это взаимодействие является основой химии между хозяином и гостем. Например, с более глубоким пониманием нековалентных взаимодействий и четким объяснением структуры ДНК химики начали подчеркивать важность нековалентных взаимодействий. В 1967 году Чарльз Дж. Педерсен открыл краун-эфиры, которые представляют собой кольцевые структуры, способные хелатировать ионы некоторых металлов. Затем, в 1969 году, Жан-Мари Лен открыл класс молекул, похожих на краун-эфиры, названных криптандами. После этого Дональд Дж. Крам синтезировал множество вариаций краун-эфиров на основе отдельных молекул, способных избирательно взаимодействовать с определенными химическими веществами. Трое ученых были удостоены Нобелевской премии по химии в 1987 году за «разработку и использование молекул со структурно-специфическими взаимодействиями высокой селективности». В 2016 году Бернард Л. Феринга, сэр Дж. Фрейзер Стоддарт и Жан-Пьер Соваж были удостоены Нобелевской премии по химии «за разработку и синтез молекулярных машин ».

Супрамолекулярная химия относится к химическим системам, которые содержат дискретное число химических компонентов. Сила систем варьируется от межмолекулярных сил до ковалентных связей. Упомянутые выше исследователи создали и расширили область взаимодействия «хозяин-гость» — одну из важнейших концепций супрамолекулярной химии. Во взаимодействии хозяина и гостя есть два важных компонента. Одним из них являются «молекулы-хозяева», которые обычно имеют «пористую» структуру, способную захватывать некоторые другие молекулы. Другой тип — «молекулы-гости», которые обычно меньше молекул-хозяев и способны связывать молекулы-хозяева. Движущие силы взаимодействия могут различаться в разных случаях, например, гидрофобный эффект, хелатный эффект, сила Ван-дер-Ваальса и др. Различные крепления придадут материалам разные свойства, например, чувствительность к раздражителям, самовосстановление, жесткость матрицы. Как следствие, взаимодействие хозяин-гость может применяться для самовосстанавливающихся материалов, материалов, чувствительных к раздражителям, фосфоресценции при комнатной температуре (RTP), улучшения механических свойств и др. Размеры молекул хозяина и гостя играют существенную роль во взаимодействиях, и некоторые типичные примеры взаимодействий хозяина будут обсуждены ниже.

Химия хозяин-гость — это раздел супрамолекулярной химии , в котором молекула- хозяин связывает так называемую молекулу или ион гостя. Два компонента комплекса взаимодействуют за счет нековалентных сил, чаще всего за счет водородных связей . Связывание между хозяином и гостем может быть высокоселективным, и в этом случае взаимодействие называется молекулярным распознаванием . Часто динамическое равновесие между несвязанным и связанным состояниями существует :

$H+G\rightleftharpoons \ HG$

H ="хост", G ="гость", HG ="комплекс хост-гость"

Компонент «хозяин» часто представляет собой более крупную молекулу и окружает меньшую молекулу «гость». В биологических системах аналогичные термины «хозяин» и «гость» обычно называют ферментом и субстратом соответственно.

Основные типы макроциклических хозяев

Краун-эфир

а) Структура 18-краун-6. б) Внесение краун-эфира и 1,2,3-триазола (ротаксана). Перерисовано из [3]. в) Включение а-ЦД и полиэтиленгликоля (ПЭГ). г) Сшивание молекулы b-циклодекстрина и тиофена. Перерисовано с.

Краун-эфиры представляют собой кольцевые структуры, состоящие из нескольких звеньев этиленгликоля. Поскольку радиус их пор аналогичен радиусу пор ионов щелочных металлов, краун-эфиры хорошо известны своей способностью связывать ионы металлов. Например, 12-краун-4, 15-краун-5, 18-краун-6, 21-краун-7 и 24-краун-8 взаимодействуют с ионами калия, натрия, аммония и кальция соответственно. Среди вышеупомянутых краун-эфиров все ионы имеют самое сильное сродство связывания с 18-краун-6, поскольку размер 18-краун-6 наиболее точно соответствует размеру ионов. Помимо ионных частиц, краун-эфиры также могут связываться с нейтральными молекулами, например , 1, 2, 3-триазолом. Краун-эфиры также могут быть связаны с длинными линейными молекулами и/или полимерами, приводя к образованию супрамолекулярных структур, называемых ротаксанами. Учитывая, что краун-эфиры не связаны с цепями, они могут перемещаться вверх и вниз по нити молекулы.

Циклодекстрин

Циклодекстрин (ЦД) состоит из нескольких остатков глюкозы и соединен между собой эфирными связями. Существует три вида CD: α-CD (6 единиц), β-CD (7 единиц) и γ-CD (8 единиц). Высота структур составляет около 8 Å, а размеры полостей у них разные — около 5, 6 и 8 Å соответственно. Сравнивая размер молекулы гостя и CD, можно предсказать поведение связывания. Например, если молекула-гость больше CD, можно предположить, что связывания не произойдет. Обычно α-ЦД может вплетаться в одну цепь ПЭГ, а γ-ЦД — в 2 цепи ПЭГ. β-ЦД может связываться с молекулой на основе тиофена.

Криптофаны

а) Структура криптофанов. б) Строение резорцинаренов и пирогаллоларенов. в) Структура кукурбит[н]урилов. Перерисовано с.

В структуре криптофанов содержатся 6 фенильных колец, соединенных преимущественно 4 способами. Из-за фенильных групп и алифатических цепей клетки внутри криптофанов обладают высокой гидрофобностью, что предполагает способность захватывать неполярные молекулы. Исходя из этого, криптофаны можно использовать для улавливания ксенона в водном растворе, что может быть полезно в биологических исследованиях.

Резорцинарены и пирогаллоларены

Ниже показана одна из классических структур резорцинаренов и пирогаллоларенов. Из-за фенольной группы некоторое количество водородных связей между молекулами образуется . Иногда соотношение связей хозяина и гостя может достигать 2:1.

Другие рецепторы ( кукурбит[н]урилы , CB)

Кукурбит[n]урилы имеют сходный размер γ-CD, которые также ведут себя схожим образом ( например , 1 кукурбит[n]урил может вплетаться в 2 цепи ПЭГ).

Термодинамические принципы взаимодействия хозяина и гостя

Термодинамику взаимодействия хозяина и гостя можно оценить с помощью ЯМР-спектроскопии, УФ/видимой спектроскопии и изотермической титровальной калориметрии. Количественный анализ значений констант связывания дает полезную термодинамическую информацию.

ассоциации Константа , $K_{a}^{\ominus }$ можно определить выражением

$K_{a}^{\ominus }={\frac {\{HG\}}{\{H\}\{G\}}}={\frac {[HG]}{[H][G]}}\times \Gamma$

где {HG} — термодинамическая активность комплекса в равновесии. {H} представляет активность хоста, а {G} — активность гостя. Количества $[HG]$, $[H]$ и $[G]$ соответствующие концентрации и $\Gamma$ – частное коэффициентов активности .

На практике константа равновесия обычно определяется через концентрации.

$K_{a}={\frac {[HG]}{[H][G]}}$

При использовании этого определения подразумевается, что частное коэффициентов активности имеет числовое значение, равное единице. Тогда оказывается, что константа равновесия $K_{A}$ имеет размерность 1/концентрация, но это не может быть правдой, поскольку стандартное изменение свободной энергии Гиббса: $\Delta G^{\ominus }$ пропорционален логарифму K .

$\Delta G^{\ominus }=-RT\ln {K}$

Этот кажущийся парадокс разрешается, когда размерность $\Gamma$ определяется как обратная размерность отношения концентраций. Подразумевается, что $\Gamma$ считается имеющим постоянное значение во всех соответствующих экспериментальных условиях. Тем не менее, общепринятой практикой является придание значения K , определенного экспериментальным путем, такой величиной, как миллимоль на литр или микромоль на литр.

Большой $K_{a}$ Значение указывает на то, что молекулы хозяина и гостя сильно взаимодействуют с образованием комплекса хозяин-гость.

Определение значений констант связывания и кинетической константы

Основная статья: Определение констант равновесия

Простой комплекс хозяин-гость

Когда молекулы хозяина и гостя объединяются в единый комплекс, равновесие представляется как

$H+G\leftrightharpoons HG$

а константа равновесия K определяется как

$K={\frac {[HG]}{[H][G]}}$

где [X] обозначает концентрацию химического соединения X (предполагается, что все коэффициенты активности имеют числовые значения, равные 1). Уравнения баланса массы в любой точке данных:

$T_{H}=[H]+K[H][G]$

$T_{G}=[G]+K[H][G]$

где $T_{G}$ и $T_{H}$ представляют собой общие концентрации хозяина и гостя, могут быть сведены к одному квадратному уравнению, скажем, в [G] и, таким образом, могут быть решены аналитически для любого заданного значения K. Затем можно вывести концентрации [H] и [HG] .

$[H]=T_{H}-T_{G}+[G]$

$[HG]=K[H][G]$

Следующим шагом в расчете является вычисление значения, $X_{i}^{calc}$, количества, соответствующего наблюдаемому количеству $X_{i}^{obs}$. Тогда сумма квадратов U по всем точкам данных np может быть определена как

$U=\sum _{i=1,np}(X_{i}^{obs}-X_{i}^{calc})^{2}$

и это можно минимизировать с помощью значения константы стабильности K и такого параметра, как химический сдвиг вида HG (данные ЯМР) или его молярная поглощающая способность (данные УФ/видимого спектра). Минимизацию можно выполнить в приложении для работы с электронными таблицами, например EXCEL, с помощью встроенной утилиты SOLVER.

Эта процедура применима к аддуктам 1:1.

Данные ядерного магнитного резонанса (ЯМР)

Набор спектров ЯМР титрования хозяин-гость

В спектрах ядерного магнитного резонанса (ЯМР) наблюдаемое химического сдвига значение δ , возникающего из-за данного атома, содержащегося в молекуле реагента и одного или нескольких комплексов этого реагента, будет средневзвешенным по концентрации всех сдвигов этих химических частиц. Предполагается, что химический обмен происходит быстро в шкале времени ЯМР. в мольных долях ,

${\bar {\delta }}=\sum x_{i}\delta _{i}$

$\delta _{i}$ - химический сдвиг i -го химического соединения, содержащего ядро ​​и $x_{i}$ — концентрация/мольная доля ( $x_{i}={\frac {c_{i}}{\sum _{j}c_{j}}}$ c — концентрация/моль дм ⁻³ ) этого вида. Это выражение имеет ту же математическую форму, что и закон Бера . Значения химического сдвига могут быть получены для более чем одного ядра аналогичным образом, когда поглощение может быть измерено более чем на одной длине волны. Типичными изотопами, которые можно использовать в этом контексте, являются ¹ ЧАС, ¹³ С и ³¹ обычно используют дейтерированный растворитель. P. При измерении ¹ Значения химического сдвига H.

Данные об оптической плотности

Типичные ультрафиолетово-видимые спектры системы хозяин-гость

Предполагается, что поглощение каждого вида пропорционально концентрации этого вида в соответствии с законом Бера-Ламберта .

$A_{\lambda }=\ell \sum _{i=1}^{N}\varepsilon _{i,\lambda }c_{i}$

где λ — длина волны, $\ell$ — длина оптического пути кюветы, содержащей раствор соединений N ( хромофоров ), $\varepsilon _{i,\lambda }$ — молярное поглощение (также известное как коэффициент экстинкции) i- го химического вещества на длине волны λ, c _i — его концентрация. Когда концентрации рассчитаны, как указано выше, и измерена оптическая плотность для образцов с различными концентрациями хозяина и гостя, закон Бера-Ламберта представляет собой набор уравнений для заданной длины волны, которые можно решить с помощью линейного метода наименьших квадратов. процесс для неизвестных значений коэффициента экстинкции на этой длине волны.

Данные флуоресценции

Обработка этого типа данных аналогична обработке данных об поглощении. Фактически уравнение, определяющее связь между интенсивностью флуоресценции и концентрацией видов, очень похоже.

$I_{\lambda }=\sum _{i=1}^{N}\varphi _{i,\lambda }c_{i}$

где $\varphi _{i,\lambda }$ — интенсивность флуоресценции i-го вида при единичной концентрации.

Калориметрия

Тепло, выделяющееся при добавлении аликвоты раствора хозяина к раствору, содержащему гостя, представляет собой сумму вкладов каждой реакции.

$Q_{j}=\sum _{i=1}^{N}\Delta H_{i}^{\ominus }\times \delta n_{i,j}$

где $Q_{j}$ — измеренное значение теплового изменения (с поправкой на все посторонние тепловые вклады) в точке данных j , $\Delta H_{i}^{\ominus }$ – количество тепла, поглощаемого или выделяемого при 1 моля i -го продукта реакции, образовании $\delta n_{i,j}$ — это фактическое изменение количества молей этого продукта в этой точке данных. $\delta n$ рассчитывается путем решения уравнений массового баланса с заданными значениями констант равновесия. Если значения констант равновесия известны, стандартное изменение энтальпии можно рассчитать с помощью линейного метода наименьших квадратов, в противном случае необходимо использовать нелинейный метод подбора данных.

Изотермическая титровальная калориметрия обычно используется для определения значений как константы равновесия, так и соответствующей энтальпии стандартной реакции. Производители приборов ITC поставляют некоторое программное обеспечение, с помощью которого эти величины могут быть получены из значений экспериментальных данных.

Общая реакция комплексообразования

Для каждого равновесия с участием хозяина H и гостя G

$pH+qG\leftrightharpoons H_{p}G_{q}$

константа равновесия, $\beta _{pq}$, определяется как

$\beta _{pq}={\frac {[H_{p}G_{q}]}{[H]^{p}[G]^{q}}}$

Значения свободных концентраций, $[H]$ и $[G]$ получаются путем решения уравнений баланса масс с известными или расчетными значениями констант устойчивости.

$T_{H}=[H]+\sum p\beta _{pq}[H]^{p}[G]^{q}$

$T_{G}=[G]+\sum q\beta _{pq}[H]^{p}[G]^{q}$

Тогда концентрации каждого сложного вида также можно рассчитать как $[H_{p}G_{q}]=\beta _{pq}[H]^{p}[G]^{q}$. Взаимосвязь между концентрацией вида и измеряемой величиной зависит от метода измерения, как указано в каждом разделе выше. Используя это соотношение, набор параметров, значения констант стабильности и значения таких свойств, как молярная поглощающая способность или заданные химические сдвиги, могут быть уточнены с помощью нелинейного процесса уточнения методом наименьших квадратов . Более подробное изложение теории см. в разделе «Определение констант равновесия» . Некоторые специализированные компьютерные программы перечислены в разделе «Реализации» .

Кинетические параметры

Процесс связывания обратим, что указывает на то, что константа ассоциирования (ka ₎ ненамного больше константы диссоциации (kd ₎ . Объединив скорость реакции, k _a , k _d , концентрацию и время, можно рассчитать соотношение свободной молекулы гостя и времени. Рассчитав интеграцию УФ-спектра или ЯМР , можно получить концентрацию как функцию кривой времени.

Кооперативность

При кооперативности первоначальное связывание лиганда влияет на сродство хозяина к последующим лигандам. При позитивной кооперативности первое событие связывания усиливает сродство хозяина к другому лиганду. Примерами положительной и отрицательной кооперативности являются рецепторы гемоглобина и аспартата соответственно.

Общая привязка хост-гость. (1.) Привязка гостя A (2.) Привязка гостя B. (3.) Позитивная кооперативность Связывание гостей A–B. (4.) Отрицательная кооперативная привязка гостя A–B

Термодинамические свойства кооперативности изучались с целью определения математических параметров, которые отличают положительную или отрицательную кооперативность. Традиционное уравнение свободной энергии Гиббса гласит: $\Delta G=\Delta H-T\Delta S\$. Однако для количественной оценки кооперативности в системе хозяин-гость необходимо учитывать энергию связи. Схема справа показывает связывание A, связывание B, положительное кооперативное связывание A-B и, наконец, отрицательное кооперативное связывание A-B. Следовательно, альтернативная форма уравнения свободной энергии Гиббса будет такой:

$\Delta G_{S}^{\circ }=\Delta G_{A}^{\circ }+\Delta G_{B}^{\circ }-\Delta G_{AB}^{\circ }$

$\Delta H_{S}^{\circ }=\Delta H_{A}^{\circ }+\Delta H_{B}^{\circ }-\Delta H_{AB}^{\circ }$

$\ T\Delta G_{S}^{\circ }=T\Delta H_{A}^{\circ }+T\Delta H_{B}^{\circ }-T\Delta S_{AB}^{\circ }$

где:

$\Delta G_{A}^{\circ }$ = свободная энергия связи A

$\Delta G_{B}^{\circ }$ = свободная энергия связи B

$\Delta G_{S}^{\circ }$ = свободная энергия связи для A и B, связанных

$\Delta G_{AB}^{\circ }$ = сумма свободных энергий связи

Считается, что если $\Delta G_{S}^{\circ }$ больше, чем сумма $\Delta G_{A}^{\circ }$ и $\Delta G_{B}^{\circ }$, это положительно кооперативно. Если $\Delta G_{S}^{\circ }$ меньше, то оно отрицательно кооперативно. Химия хозяин-гость не ограничивается взаимодействиями рецептор-линганд. Это также продемонстрировано в системах ионного спаривания. Такие взаимодействия изучаются в водных средах с использованием синтетических металлорганических хозяев и органических молекул-гостей. Например, поликатионный рецептор, содержащий медь (хозяин), координируется с такими молекулами, как тетракарбоксилаты, трикарбаллаты, аспартат и ацетат (гости). Это исследование показывает, что энтропия , а не энтальпия определяет энергию связи системы, что приводит к отрицательной кооперативности. Большое изменение энтропии происходит из-за смещения молекул растворителя, окружающих лиганд и рецептор. Когда несколько ацетатов связываются с рецептором, он выделяет в окружающую среду больше молекул воды, чем тетракарбоксилат. Это привело к уменьшению свободной энергии, что означает, что система взаимодействует отрицательно. В аналогичном исследовании с использованием гуанидиния, Cu(II) и гостей из поликарбоксилата было продемонстрировано, что положительный кооперативный эффект во многом определяется энтальпией. Помимо термодинамических исследований, химия «хозяин-гость» также имеет биологические применения.

Приложения

Самоисцеление

Механизм самовосстановления взаимодействия хозяин-гость за счет а) использования хозяин-маленькая молекула гостя и б) хозяин-полимер. Перерисовано из

Из-за нековалентного взаимодействия хозяин-гость основная цепь полимера может иметь достаточную гибкость для диффузии. Если в материалах существует трещина, после сжатия двух материалов вокруг трещины из-за быстрого обмена молекулярной структуры хозяин-гость трещина снова соединится, обнаружив хорошие свойства самовосстановления. Харада и др. сообщили о самовосстанавливающемся гидрогеле, созданном из циклодекстрина, модифицированного винильной группой, и адамантана. Другая стратегия заключается в использовании взаимодействия между основной цепью полимера и молекулой-хозяином (присоединение молекулы-хозяина к полимеру). Если процесс нарезания резьбы происходит достаточно быстро, можно также добиться самовосстановления.

Фосфоресценция при комнатной температуре

Как правило, добиться чистой органической фосфоресценции непросто, отчасти из-за нестабильности триплетного состояния (легко гасится влагой, кислородом и т. д.). Структуры хост-гость могут обеспечить жесткую матрицу, которая защищает триплетное состояние от закалки. В этом случае можно использовать α-CD и CB. в котором люминофор служит гостем для взаимодействия с хозяином. Например, производные 4-фенилпиридия взаимодействуют с ЦБ и сополимеризуются с акриламидом . Полученный полимер имел время жизни фосфоресценции ~2 с. Кроме того, Чжу и др. использовали краун-эфир и ион калия для модификации полимера и усиления излучения фосфоресценции.

Стимул-реагирующие материалы

Некоторые гостевые молекулы представляют собой заряженные соединения, которые могут быть окислены или восстановлены определенными химическими веществами. Этот тип гостевой молекулы может проявлять окислительно-восстановительную реакцию. Некоторые молекулы-хозяева ( т.е. α-CD) или молекулы-гости ( т.е. ион тетрааммония) чувствительны к pH, разный pH может привести к образованию разных частиц, что существенно влияет на поведение связывания, придавая материалу свойства, чувствительные к pH. Некоторые гостевые молекулы могут менять свою конфигурацию под разным освещением, что делает материал фоточувствительным. Цай и др. использовали галогенную связь для создания системы «гость-хозяин», а материалы чувствительны к теплу и механическим воздействиям с длительным постоянным излучением.

Шифрование

Система шифрования, состоящая из столб[5]арена, спиропирана и пентаннитрила (свободного состояния и привитого к полимеру), была построена Wang et al . После УФ-облучения спиропиран превращается в мероцианин. При освещении материала видимым светом мероцианин, близкий к столбовому [5]-безареновому пентаннитрильному комплексу, быстрее превращался в спиропиран; напротив, пентаннитрильный комплекс, близкий к пиллар[5]арену, имеет гораздо более медленную скорость трансформации. Это преобразование спиропирана в мероцианин можно использовать для шифрования сообщений. Другая стратегия основана на металлокаркасах и полициклических ароматических углеводородах. Из-за различий в эмиссии флуоресценции комплекса и клеток информация могла быть зашифрована.

Механические свойства

Хотя некоторые взаимодействия «гость-хозяин» не являются сильными, увеличение интенсивности взаимодействия «гость-хозяин» может улучшить механические свойства материалов. Например, нанизывание молекул-хозяев на полимер является одной из обычно используемых стратегий улучшения механических свойств полимера. Молекулам-хозяинам требуется время, чтобы отделиться от полимера, что может быть способом рассеивания энергии. Другой метод — использовать медленный обмен взаимодействием хост-гость. Хотя медленный обмен улучшает механические свойства, одновременно с этим приносятся в жертву свойства самовосстановления.

зондирование

Традиционно к химическому зондированию подходили с помощью системы, которая содержит ковалентно связанный индикатор с рецептором через линкер. После связывания аналита индикатор меняет цвет или флуоресцирует. Этот метод называется подходом индикатор-спейсер-рецептор (ISR). В отличие от ISR, анализ смещения индикатора (IDA) использует нековалентное взаимодействие между рецептором (хозяином), индикатором и аналитом (гостем). Подобно ISR, IDA также использует колориметрические (C-IDA) и флуоресцентные (F-IDA) индикаторы. В анализе IDA рецептор инкубируют с индикатором. При добавлении аналита в смесь индикатор выбрасывается в окружающую среду. После отпускания индикатора он либо меняет цвет (C-IDA), либо флуоресцирует (F-IDA).

Типы хемосенсоров. (1.) Индикатор-спейсер-рецептор (ISR) (2.) Анализ смещения индикатора (IDA)

IDA предлагает несколько преимуществ по сравнению с традиционным подходом химического зондирования ISR. Во-первых, для этого не требуется, чтобы индикатор был ковалентно связан с рецептором. Во-вторых, поскольку ковалентной связи нет, с одним и тем же рецептором можно использовать различные индикаторы. Наконец, среды, в которых может использоваться анализ, разнообразны.

Индикаторные индикаторы анализа смещения. (1.) Лазурь А (2.) Тиазоловый оранжевый

Методы химического зондирования, такие как C-IDA, имеют биологическое значение. Например, протамин представляет собой коагулянт, который обычно вводят после сердечно-легочной хирургии и противодействует антикоагулянтной активности герапина. Для количественного определения протамина в образцах плазмы используется колориметрический анализ смещения. Лазурь Краситель в несвязанном виде имеет синий цвет, но когда он связан с герапином, он приобретает фиолетовый цвет. Связывание между Азуром А и гепарином слабое и обратимое. Это позволяет протамину вытеснить Azure A. Как только краситель высвободится, он приобретет фиолетовый цвет. Степень вытеснения красителя пропорциональна количеству протамина в плазме.

F-IDA использовался Квальчиковским и его сотрудниками для мониторинга активности геликазы в E.coli . В этом исследовании они использовали тиазоловый оранжевый в качестве индикатора. Хеликаза раскручивает дцДНК, образуя оцДНК. Интенсивность флуоресценции тиазолового оранжевого имеет большее сродство к дцДНК, чем к оцДНК, и интенсивность его флуоресценции увеличивается, когда он связан с дцДНК, чем когда он несвязан.

Конформационное переключение

Кристаллическое твердое тело традиционно рассматривалось как статическая сущность, в которой движения его атомных компонентов ограничены его вибрационным равновесием. Как видно на примере превращения графита в алмаз, превращение твердого тела в твердое может происходить под физическим или химическим давлением. Было высказано предположение, что переход от одной кристаллической структуры к другой происходит кооперативным образом. Большинство этих исследований было сосредоточено на изучении органического или металлоорганического каркаса. Помимо исследований макромолекулярных кристаллических превращений, проводятся также исследования монокристаллических молекул, способных менять свою конформацию в присутствии органических растворителей. Было показано, что металлоорганический комплекс преобразуется в различные ориентации в зависимости от того, подвергается ли он воздействию паров растворителя или нет.

Экологические приложения

Гостевые системы используются для удаления опасных материалов из окружающей среды. Их можно изготовить разных размеров и форм для улавливания различных химических веществ. Одним из применений является способность п-трет-бутикаликс[4]арена улавливать ион цезия. Цезий-137 радиоактивен, и необходимо эффективно удалять его из ядерных отходов. Химия «хозяин-гость» также использовалась для удаления канцерогенных ароматических аминов и их N-нитрозопроизводных из воды. Эти отходы используются во многих промышленных процессах и содержатся в различных продуктах, таких как пестициды, лекарства и косметика.