Ученые из России и Испании впервые использовали эффект нековалентного хелатирования для синтеза новых соединений одновалентной меди. Это позволило обнаружить новый способ стабилизации металла и уменьшить влияние кислорода на медь. В будущем этот эффект может быть применен для синтеза металлорганических систем и использован в промышленности. Результаты работы, поддержанной грантом РНФ, опубликованы в международном научном журнале Inorganic Chemistry.
Комплексы одновалентной меди (медь (I)) — химические соединения, которые сегодня применяются для катализа многих органических реакций, включая востребованные в биомедицинских исследованиях реакции. В 2022 году Нобелевская премия по химии была присуждена именно за разработку такой реакции медь-катализируемого азид-алкинового циклоприсоединения. Это так называемая клик-химия, предполагающая быстрое протекание химических реакций, что активно используется, например, для создания меченых белков.
В настоящее время комплексы меди (I) активно изучаются как возможная альтернатива дорогостоящим соединениям платины и иридия при производстве оптоэлектронных материалов. Однако такие соединения наименее стабильны на воздухе — при контакте с кислородом начинается реакция окисления меди. Сегодня химики активно изучают возможность повышения стабильности комплексов за счет образования циклов, содержащих атомы металла. Такой эффект, называемый хелатным, позволяет решить эту проблему и дает возможность использования соединений меди (I) в производстве.
Коллектив химиков из Санкт-Петербургского государственного университета и Томского политехнического университета при участии коллег из Университета Балеарских островов (Испания) нашел новый подход к стабилизации комплексов одновалентной меди за счет нековалентного хелатирования, то есть увеличения стабильности меди, благодаря содействию нековалентных связей.
«Нам удалось обнаружить, что формирование супрамолекулярного цикла за счет галогенных связей между катионами поливалентных галогенов и 1,2,4-оксадиазольными лигандами, окружающими атом меди (I), повышает стабильность итоговых комплексов. Иначе говоря, нековалентные связи между областями положительного заряда на атоме галогена и атомами кислорода лигандов позволяют достичь большей стабильности металлсодержащего соединения. Можно условно представить, что благодаря нековалентным связям частички комплекса, которые окружают медь, крепче удерживают атом металла, защищая его от каких-либо воздействий», — объяснил руководитель исследования, старший преподаватель кафедры физической органической химии СПбГУ Сергей Байков.
Как отметил ученый, соединения поливалентных галогенов сегодня активно изучаются в качестве «доноров» таких связей, поскольку в подобных соединениях на атоме галогена находится две области положительного заряда, что позволяет образовывать сразу несколько галогенных связей. Стоит отметить, что галогенные связи уже нашли широкое применение в материаловедении и используются для повышения эффективности светоизлучающих устройств, стабилизации различных взрывчатых веществ, а также для очистки воды и химических продуктов от опасных загрязнителей.
«По сути, мы впервые обозначили эффект нековалентного хелатирования и применили его в синтезе новых соединений одновалентной меди. Есть все основания полагать, что такой подход с использованием катионов на основе йода и брома в качестве стабилизирующих противоионов сможет найти применение в синтезе и других металлорганических систем», — дополнил Сергей Байков.
Сейчас научный коллектив химиков Санкт-Петербургского университета продолжает работу по изучению каталитических свойств полученных соединений и возможностей применения нековалентного хелатирования для синтеза других комплексных соединений. Работа проводится при грантовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-73-10031).
