Новости химической науки > Карбены образуют монослои лучше, чем тиолы

Канадские исследователи заявляют, что применение N-гетероциклических карбенов вместо тиолов для того, связать самособирающиеся монослои [self-assembled monolayers (SAM)] с поверхностью золота, приводит к тому, что монослои становятся более прочными.

Такие стабильные платформы для закрепления молекул на металлических поверхностях могли бы использоваться для создания сенсоров, выдерживающих более экстремальные условия, в которых могут разрушиться монослои, сформированные с участием тиолов.

Замещение тиолов на N-гетероциклические карбены приводит к тому, что самособирающиеся монослои становятся более прочными. (Рисунок из Nature Chemistry, 2014, doi:10.1038/nchem.1891)

Тиольные монослои являются очень полезными для электрохимических измерений потому, что они позволяют исследователям присоединять органические рецепторы к металлической поверхности. Однако тиольный лиганд может оторваться от золота даже в относительно мягких условиях.

Монослои медленно разрушаются на воздухе и быстрее в обычных органических растворителях, таких как тетрагидрофуран, в котором 70% тиолов отрываются в течение 24 часов при комнатной температуре. Также они могут разрушиться под воздействием тока с переменным напряжением, что является особой проблемой для применения в электрохимическом измерении. Кэтлин Крудден (Cathleen Crudden) из Королевского университета в Онтарио, Канада, говорит, что если в наличии имеются антитела, связанные с поверхностью, и соединение с поверхностью разрушается, то чувствительная способность будет понижаться.

Исследователи из Королевского университета Торонто (Queen's and the University of Toronto), под руководством Кэтлин Крудден (Cathelin Crudden) и Хага Хортона (Hugh Horton), изучили слои, самособирающиеся на золоте, с N-гетероциклическими карбенами в качестве лигандов. N-гетероциклические карбены обладают необычайной для карбенов стабильностью и могут выпускаться в большом количестве и хранится на складе. Они значительно более реакционноспособны по сравнению с тиолами, и поэтому сложнее в обращении. Однако преимуществом этого является то, что они образуют намного более стабильную связь с поверхностью золота, которая остается полностью инертной в течение длительного периода на воздухе и в воде, может без десорбции нагреваться в течение 24 часов в кипящем ТГФ, а также является более электрически стабильной.

Хану Хаккинен (Hannu Häkkinen), ученый в области вычислительной нанотехнологии из Университета Ювяскуля в Финляндии, считает, что исследование может стать переломным моментом, который определенно очень сильно повысит интерес у ученых и повысит активность новых исследований в этой области. Хаккинен предполагает, что помимо использования в качестве сенсоров монослои заинтересуют исследователей по молекулярной электронике тем, что они обеспечивают уже так давно необходимое непосредственное связывание между золотом и углеродом и осуществляют доступ к электронной системы проводимости золота (металлического золота) к делокализованной π-электронной системе органической части.

В настоящий момент исследовательские группы Крудден и Хортона работают над присоединением карбеновых лигандов к наночастицам золота, которые могли бы сделать их полезными для доставки лекарственных средств. Крудден верит в то, что предстоящая работа ее исследовательской группы позволит сделать синтез монослоев более простым. Крудден говорит, что на сегодняшний день основным ограничивающим моментом в их работе является сложность синтеза карбенов, которые являются более чувствительными по сравнению с тиолами. Однако Крудден заявляет, что в их арсенале имеется новый метод, который позволит проводить этот синтез без создания инертной атмосферы, стоит лишь немного подождать.

Источник: Nature Chemistry, 2014, doi:10.1038/nchem.1891

метки статьи: #нанотехнологии, #органическая химия, #химия поверхности