Хімікам з Великобританії і США вдалося синтезувати циклічні молекулярні вузли з 6 і 12 перехрестями за допомогою темплатного синтезу на іонах лантанідів. Як пишуть автори в журналі, вузли успішно вийшли завдяки правильно підібраному співвідношенню кількостей солі лантаніду і органічного ліганда.
Молекулярні вузли являють собою ланцюжки з органічних фрагментів, сплетені таким чином, що розплутати їх без розриву хімічного зв'язку неможливо. Отримують такі структури найчастіше за допомогою темплатного синтезу: органічні молекули координуються з іоном металу і, завдяки зручному розташуванню один відносно одного, закручуються у вузол. Потім окремі фрагменти цього вузла пов'язують ковалентними зв'язками, щоб він не міг розплутатися.
Існує декілька підходів до темплатного синтезу молекулярних вузлів. Найпростіший і класичний - вибрати іон металу і ліганд таким чином, щоб до кожного іону приєднувалася одна або кілька молекул субстрату. Тоді після координації число зв'язків з металом буде дорівнювати вихідній кількості вільних координаційних місць на іоні. В іншому підході (його називають темплатним синтезом по Верньї), вихідці підбирають так, щоб відношення кількості координаційних місць на металі до кількості донорних атомів у ліганда було неціле. Тоді в отриманому комплексі число координаційних зв'язків буде дорівнює найменшому загальному кратному двох параметрів: кількості вільних місць на металі і кількості донорних груп у ліганда.
Хімікам під керівництвом Девіда Лі (David A. Leigh) з Манчестерського університету було відомо, що, використовуючи іон лантаніда як темплат, можна отримати простий молекулярний вузол з ліганда на основі 2,6-піридиндикарбоксаміду (він містить три пиридинові фрагменти з донорними атомами азоту). Але вони вирішили трохи змінити процедуру синтезу, щоб отримати більш складні структури.
Спочатку хіміки взяли трифлат лютеція (III) і змішали його з лігандом (два пиридинові фрагменти) у відношенні два до трьох при нагріванні в ацетонітрилі (реакція протікала три дні). За даними ЯМР-спектроскопії та мас-спектрометрії хіміки з'ясували структуру комплексу, що містить два атоми лантаніду з трьома координованими лігандами. Потім вчені провели реакцію метатези кінцевих подвійний зв'язків, щоб остаточно зв'язати вузли. За даними мас-спектрів хіміки підтвердили, що реакція метатезису пройшла, утворилося три подвійних зв'язки, і на кожну молекулу комплексу виділилися три молекули етилену. При подальшій дії на продукт тетраетиламмоній фторидом вийшов вільний від іонів лютеція органічний молекулярний вузол з 6 перехрестями.
Натхненні таким результатом, хіміки вирішили ще сильніше ускладнити структуру вузла. Тепер вони змішали трифлат лютеція з іншим, але схожим лігандом (він містив чотири пиридинові фрагменти), у співвідношенні чотири до трьох. У результаті аналогічної послідовності реакцій хіміки виділили циклічний молекулярний вузол з 12 перехрестями. Вони підтвердили його структуру за допомогою ЯМР-спектроскопії та мас-спектрометрії. Щоб отримати додаткову інформацію про структуру, хіміки синтезували аналогічний комплекс з іттербієм замість лютеція. Парамагнітність іона іттербію призвела до зрушення сигналів атомів, близьких до металу, в ЯМР-спектрі комплексу (це явище називають псевдоконтактним зрушенням). Це допомогло уточнити структуру продукту.
У результаті хіміки отримали два молекулярні вузли з фіксованою стереохімією і великою кількістю перехресть. Вихід продуктів склав відповідно 14 і 6 відсотків. Вузол з 12 перехрестями містить 378 атомів і являє собою один з найбільших макроциклів, синтезованих до теперішнього часу. Автори також відзначають практичну цінність їхньої роботи: вони показали, що контролювати структуру в процесі синтезу таких складних молекул можна простим варіюванням кількості вихідних з'єднань.
Іноді органічні молекули зліпляються один з одним у незвичайні каркаси самі по собі, за відсутності іонів металу. Про один з таких прикладів нещодавно розповідали на.