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 можно применить для синтеза металлорганических систем и использовать в промышленности.

Результаты работы, поддержанной грантом РНФ, опубликованы в международном научном журналInorganic 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) нашли новый подход к стабилизации комплексов одновалентной меди за счет нековалентного хелатирования, то есть увеличения стабильности меди, благодаря содействию нековалентных связей.

Нековалентное хелатирование в комплексе меди (I) / ©Предоставлено Сергеем Байковым

«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 металл-содержащего 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 иода 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.