Investigadores de Bochum y Berkeley han investigado por qué las jaulas pueden aumentar la actividad catalítica de moléculas encerradas. Usando espectroscopia de terahercios y simulaciones por computadora complejas, demostraron que el agua encapsulada en una jaula diminuta tiene propiedades especiales, que son estructural y dinámicamente distintas de cualquier fase conocida del agua. El agua forma una gota dentro de la jaula que facilita la encapsulación de una molécula huésped, es decir, acceder al centro catalítico. El equipo de investigación describe las propiedades termodinámicas de esta forma especial de agua, que nunca antes se han observado, en el diario procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ) publicado en línea el 14 de diciembre de 2020.

El equipo dirigido por la profesora Martina Havenith, Jefe de la Cátedra de Química Física II en Ruhr-Universität Bochum y Portavoz del Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation, Resolv para abreviar, cooperó durante el trabajo con la profesora Teresa Head-Gordon, El profesor Ken Raymond y el profesor Dean Toste de la Universidad de California en Berkeley.

El agua en la jaula no es sólida ni líquida normal.

Algunas construcciones moleculares tienen una cavidad interna llena de agua, que puede ser catalíticamente activo, es decir, puede facilitar la reacción de ciertas moléculas. Los científicos replicaron estas condiciones en sus experimentos utilizando nanocápsulas. Investigaron las moléculas de agua encapsuladas y sus propiedades.

Una teoría reciente sugiere que, Bajo estas circunstancias, el agua formaría racimos parecidos al hielo. El equipo refutó esta teoría en el trabajo actual. El espectro de terahercios (una especie de huella química) del agua confinada se veía diferente de los espectros de cualquier fase del agua previamente conocida. No se parecía ni al espectro del hielo ni al espectro del agua a granel a alta presión.

En lugar de, una gota formada por nueve moléculas de agua conectadas internamente por enlaces de hidrógeno, mientras que la red de enlaces de hidrógeno se rompió en la superficie de la gota. "Los movimientos de las moléculas de agua dentro de la jaula son más restringidos, ", explica Martina Havenith." No puede estar contento con este estado ". Como resultado, el vaciado de la cavidad se alivia con respecto al agua a granel normal, facilitando que un invitado ingrese a la cavidad.

El equipo de Ken Raymond y Dean Toste sintetizó la nanojaula para el presente estudio. El grupo dirigido por Martina Havenith luego analizó la red de enlaces de hidrógeno del agua confinada utilizando espectroscopía de terahercios. Teresa Head-Gordon simuló el experimento utilizando simulaciones por computadora llamadas simulaciones de dinámica molecular ab initio.