Новости химической науки > Новые ненасыщенные катионы для ионных жидкостей

Результаты исследования показывают, что подход, применяющийся природой для поддержки клеточных мембран в жидком состоянии, может оказаться полезным для понижения температуры плавления ионных жидкостей.

Форма имеет значение. Конфигурация алкильной цепочки жирной кислоты C₁₈, привитой к имидазолиевой соли, – стеариновой кислоты (сверху) или линолевой кислоты (снизу) существенно влияет на температуру плавления ионной жидкости. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.200906169)

Исследователи заявляют, что открытие, основанное на информации о строении жирных карбоновых кислот и фосфолипидов, предоставляет новые возможности для создания ионных жидкостей с новыми свойствами, а также дает пищу для размышления специалистам в области строения клеточных мембран и подобных им искусственных материалов.

Ионные жидкости представляют собой соли, в состав которых обычно входит органический катион – производное имидазола, связанный за счет ионного взаимодействия с неорганическим анионом. По определению температура плавления ионных жидкостей ниже 100°C. Низкая симметрия катион-анионной пары наряду с делокализацией зарядов способствует понижению прочности ионной кристаллической решетки, приводя к существенному понижению температуры плавления материала.

Однако химики пытались разработать ионные жидкости нового типа, отличающиеся большей липофильностью и температурой плавления ниже комнатной, однако было обнаружено, что прививка к имидазоловому фрагменту алкильной цепи, состоящей более чем из семи атомов углерода, приводит к увеличению температуры плавления.

Кевин Вест (Kevin N. West) и Джеймс Дэвис (James H. Davis Jr.) из Университета Южной Алабамы предположили, что понизить температуру плавления ионных жидкостей поможет свернутая структура ненасыщенных алкильных фрагментов в фосфолипидах, геометрическое строение таких остатков препятствует плотной упаковке фосфолипидов, способствующая тому, чтодвойной слой клеточных мембран находится в жидком состоянии.

Для проверки предположения исследователи получили имидазолиевые соли, с атомом азота которых были связаны алкильные цепи различных жирных карбоновых кислот – насыщенных, содержащих двойные связи в различных положениях, а также двойные связи с цис- или транс-конфигурацией. Было обнаружено, что менее компактная упаковка алкильных фрагментов с двойными связями существенно понижает температуру плавления ионных жидкостей. Так, имидазолиевая соль с радикалом стеариновой кислоты характеризуется температурой плавления 53.5°C, в то время как введение алкильного остатка линолевой кислоты понижает температуру плавления соли до -46.8 °C.

Липидоподобные ионные жидкости хорошо растворяют холестерин, главный компонент клеточной мембраны многих организмов. Исследователи полагают, что это свойство позволит использовать ионные жидкости в солюбилизации лекарственных препаратов и облегчению их транспорта через клеточные мембраны; новые ионные жидкости также могут применяться в качестве растворителей для реакций, катализируемых ферментами-липазами.

Робин Роджерс (Robin D. Rogers), специалист по ионным жидкостям отмечает, что результаты исследования его коллег могут рассматриваться как мост между знаниями в области биохимии и информации о зависимости свойств ионных жидкостей от их строения, а также – возможности применения ионных жидкостей в различных областях.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2010, DOI: 10.1002/anie.200906169

метки статьи: #биохимия, #молекулярная биология, #новые материалы, #органическая химия, #физическая химия