Объединенный коллектив ученых-химиков из Томского политехнического университета и Санкт-Петербургского государственного университета открыл новый способ управления селективностью органических реакций через невалентные взаимодействия. Вопрос является одним из важнейших в органической химии и соответствует принципам «зеленой» химии.

Исследователи использовали эффекты малопрочных невалентных взаимодействий. Средой для реакций был не раствор — исходные вещества ученые использовали в порошкообразном виде. Исследование носит фундаментальный характер, однако авторы работы считают, что обнаруженный способ в перспективе поможет быть применен для создания нового поколения материалов, включая высокоселективные сорбенты и материалы с управляемыми свойствами.

Статья по теме исследования была опубликована в журнале Королевского химического общества Organic Chemistry Frontiers (IF: 5,076; Q1).

«В органической химии существует краеугольное понятие селективности реакций. По сути дела, это процесс управления поведением компонентов реакции на молекулярном уровне. Дело в том, что реакции между несколькими органическими соединениями могут протекать в разных направлениях, их может быть два, но могут быть и десятки. От направления, по которому прошла реакция, зависит, какой целевой продукт и в каком количестве вы получите в конечном итоге. Чем больше таких вариаций, тем селективность ниже, и количество того продукта, который вам нужен, меньше. Именно поэтому ученые постоянно разрабатывают новые методы и реагенты, которые позволяют получить нужный продукт в максимально короткое время и в максимально простых условиях, то есть, как говорят химики, с максимальной селективностью. Мы предположили, что управлять селективностью можно с помощью изменения реакционной среды и использования невалентных связей», — поясняет один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Постников.

«Томский политех — ведущий российский центр исследований в области химии гипервалентного иода — высокореакционноспособных реагентов органического синтеза. В текущем исследовании ученые проводили эксперименты с иодониевыми солями — одним из наиболее популярных «кирпичиков» в построении соединений, проявляющих тот или иной тип биологической активности. Иодониевые соли активно используются в органическом синтезе, и, в частности, они являются прекурсорами для получения препаратов для радионуклидной диагностики онкологических заболеваний», — поясняет руководитель направления и автор статьи профессор ТПУ Мехман Юсубов.

В свою очередь химики Санкт-Петербургского госуниверситета — группа ученых под руководством академика РАН Вадима Кукушкина — один из ведущих российских коллективов в области химии неклассических невалентных взаимодействий. Именно объединение двух направлений позволило добиться данных результатов.

«Традиционно реакции в органической химии проводят в растворах. Мы предположили, что в твердой фазе, когда все исходные вещества находятся в структурированном состоянии, реакция может идти по-другому, так как в твердой фазе материя преорганизуется особым образом. И мы обнаружили, что иодониевые соли в таком случае способны образовывать так называемые невалентные взаимодействия. Это очень слабая связь — по сравнению с классической ковалентной связью — между молекулами. В данном случае именно невалентные связи направили течение реакции в другом направлении, и были получены иные целевые соединения, по сравнению с тем, что могли бы быть получены в растворе», — отмечает один из авторов статьи, постдок СпбГУ Наталья Солдатова.

По словам ученых-химиков, с одной стороны, в этой работе им удалось продемонстрировать, что не всегда стоит стремиться проводить реакцию в растворе. Так как в твердой фазе она может протекать в другом направлении, а значит, и с получением других конечных продуктов.

«Второй момент: мы обнаружили, что непосредственно на это очень сильно влияют невалентные взаимодействия. Это важно потому, что классическая органическая химия всегда строилась на прочных ковалентных связях. Развитие химии невалентных взаимодействий и способов управления реакцией с их помощью открывает широкий простор для создания новых материалов. Именно создание новых материалов на основе невалентных соединений и станет развитием исследования», — говорит Павел Постников.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.