建立一个更好的盐阱：科学家合成一个分子“笼子”来捕获氯化物

印第安纳大学的研究人员创造了一种强大的新分子，用于从液体中提取盐。这项工作有可能帮助增加地球上的饮用水量。

使用之前被认为太弱的化学键构建，与10年前在IU创建的类似结构相比，新分子的改进大约增加了100亿倍。分子的设计于5月23日在“ 科学 ”杂志上发表。

“如果你将一百万分之一克的这种分子放入一公吨水中，其中百分之百仍然可以捕获盐，”刘云说，他以博士学位为首。学生在Amar Flood实验室，James F. Jackson化学教授和Luther Dana Waterman教授在IU Bloomington艺术与科学学院化学系任教。

该分子被设计用于捕获氯化物，当元素氯与另一元素配对以获得电子时形成氯化物。最熟悉的氯化物盐是氯化钠，或普通食盐。其他氯化物盐是氯化钾，氯化钙和氯化铵。

在人口持续增长的同时，盐渗入淡水系统正在减少全球饮用水的供应。仅在美国，美国地质调查局估计每年有271公吨溶解固体(包括盐)进入淡水溪流。促成因素包括油提取中涉及的化学过程，道路盐和软水剂的使用以及岩石的自然风化。它只需要一茶匙盐就可以永久污染五加仑的水。

在IU产生的新盐萃取分子由六个三唑“基序” - 由氮，碳和氢组成的五元环组成 - 它们一起形成一个三维“笼”，其形状完美，可以捕获氯化物。2008年，Flood的实验室创造了一个二维分子，形状像一个扁平的甜甜圈，使用了四个三唑。这两种额外的三唑类赋予新分子三维形状，并提高了100亿倍的功效。

该分子也是独特的，因为它使用碳 - 氢键结合氯化物，与传统的氮 - 氢键的使用相比，碳 - 氢键以前被认为太弱而不能与氯化物产生稳定的相互作用。尽管有所期待，但研究人员发现，使用三唑类产生的笼子非常坚硬，在中心形成真空，吸收氯离子。

相比之下，具有氮 - 氢键的笼子通常更灵活 - 氯化物捕获所需的真空中心需要能量输入，与基于三唑的笼子相比降低了效率。

“如果你把我们的分子与其他使用[更强]键的笼子叠在一起，我们谈论的是性能提升的许多数量级，”洪水说。“这项研究确实表明在分子笼的设计中难以理解刚性。”

与其他在相同情况下由于其柔韧性而坍塌的设计相比，刚性还使得分子在中央氯化物丢失后能够保持其形状。这为分子提供了更大的功效和多功能性。

这项工作也是可以重复的。刘先生说，第一个分子需要将近一年的时间才能合成，他惊讶地发现确认分子在实验中独自留在实验室中几个月后所形成的独特结构所需的晶体 - 这个过程通常需要一个令人惊讶的事情。仔细监控。

晶体的形成代表了“尤里卡”时刻，证明了该分子的独特设计实际上是可行的。后来，洪水实验室的博士后研究员赵薇几个月就能够重新制造这种分子。

该研究的最终作者是Chun-Hsing“Josh”Chen，他是研究期间IU分子结构中心的副科学家，他使用X射线晶体学证实了该分子的结构。

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