Химики СПбГУ и ТГУ подобрали «ключ» к иону-«замку»

Учёные из Санкт-Петербургского государственного университета и Томского политехнического университета использовали концепцию ключ-замок, разработанную в XIX веке, для работы со сложными неорганическими молекулами — полиоксометаллатами, ПОМ.

Они обнаружили, что соединения катионов иодония могут служить «ключом» для этих молекул, обеспечивая избирательное взаимодействие между ионами. Это открытие позволит создавать материалы с заданными свойствами и новые катализаторы.

В 1894 году немецкий учёный Эмиль Фишер описал, как взаимодействуют ферменты и субстраты в химии. Ферменты (биологические катализаторы) специфически взаимодействуют со своими субстратами (молекулами, на которые они воздействуют). Фишер сравнил это с ключом, который подходит только к определённому замку.

Эта аналогия объясняет избирательность ферментов: молекула субстрата должна точно соответствовать активному центру фермента, чтобы произошла химическая реакция, подобно тому, как ключ должен иметь правильную форму, чтобы открыть замок.

Химики до сих пор используют концепцию «ключ-замок». Она также развивается и применяется в разных областях химии, включая неорганическую.

Учёные из СПбГУ и ТПУ применили принцип «ключ-замок» к сложным неорганическим молекулам — полиоксометаллатам (ПОМ). Это крупные анионные кластеры, состоящие из атомов кислорода и переходных металлов, таких как молибден или вольфрам. ПОМ обладают уникальными свойствами и используются в катализе, материаловедении и даже медицине.

Выяснилось, что анион [β-Mo₈O₂₆]⁴⁻ определённого типа ПОМ избирательно взаимодействует с катионами иодония. Это взаимодействие можно описать через аналогию с ключом и замком: катион иодония — «ключ», а анион ПОМ — „замок“. Причём эта избирательность проявляется только для одного изомера ПОМ, — сообщил один из авторов исследования Вадим Кукушкин, почётный профессор СПбГУ и академик РАН.

Это взаимодействие происходит благодаря образованию особого типа связей между катионом и анионом — галогенным связям. Они привлекают внимание исследователей из-за своих уникальных свойств и возможного применения в создании новых материалов.

Результаты исследования могут быть полезны в современной химии. В перспективе это открытие позволит создавать материалы с заданными свойствами на основе специфических взаимодействий между ионами. Например, такие системы можно использовать для разработки сенсоров, которые смогут распознавать определённые ионы в растворе.

Эта работа открывает новый важный горизонт — разработку новых катализаторов.

Уже известно применение ПОМ в катализе, но возможность точно контролировать их взаимодействие с другими молекулами позволит создать более эффективные и селективные катализаторы.

Это исследование стало возможным благодаря сотрудничеству специалистов из СПбГУ и ТГУ. В рамках научно-образовательного кластера «Менделеев» СПбГУ координирует проекты, требующие объединения потенциалов и ресурсов организаций-участников.

Результаты исследования опубликованы во флагманском научном журнале Королевского химического общества Chemical Science.

20.09.2024