Новости химической науки > Сверхдиполи – причина растворяющей способности хлороформа

Сверхдиполи (super-dipoles), существование которых в хлороформе открыто химиками из Великобритании, могут объяснить способность этого соединения растворять большое количество веществ, образуя довольно концентрированные растворы.

Значительное количество молекул хлороформа упорядоченно ориентированы друг относительно друга, формируя своеобразные стопки с высотой в несколько нанометров. (Рисунок из Chem. Commun., 2015, DOI: 10.1039/c4cc09235j)

Хлороформ представляет собой один из наиболее часто применяющихся на практике органических растворителей. Однако поскольку в последнее время хлороформу приписываются канцерогенные свойства, да и при длительном хранении он окисляется с образованием фосгена, желательным направлением исследований является замена хлороформа на менее опасный для человека и окружающей среды растворитель.

Тем не менее, чтобы подобрать такую замену необходимо выяснить, чем обусловлены уникальные растворяющие свойства хлороформа, предопределившие его применение в экстракции природных соединений из растительного материала, использование при регистрации спектров ЯМР (дейтерированная версия хлороформа) и просто для проведения большого количества химических синтезов.

В новом исследовании Кристоф Зальцманн (Christoph Salzmann) из Университетского колледжа Лондона использовал метод нейтронной дифракции для установления структуры популярного органического растворителя на микроуровне. Как заявляет Зальцманн, несколько лет назад его коллега-органик сказал, что есть что-то магическое в применении хлороформа в качестве растворителя, и Зальцманн с коллегами решили выяснить, где же прячется эта магия.

Принимавший участие в исследовании коллега Зальцманна, Джейкоб Шепард (Jacob Shephard), поясняет, что, как и в воде, межмолекулярные взаимодействия в хлороформе отличаются значительной направленностью, обеспечивающей формирование упорядоченной структуры, распространяющейся на несколько (или даже несколько десятков) нанометров.

Исследователи обнаружили, что значительная доля молекул хлороформа агрегирована в полярные «стопки», и такой супрамолекулярный диполь приобретает дипольный момент, больший, чем дипольный момент отдельных молекул хлороформа. Специалист по конденсированному состоянию веществ из Университета Рима Карла Андреани (Carla Andreani), не принимавшая участия в исследовании, отмечает, что такой способ агрегации и образование супердиполей приводит к значительной поляризации электронной оболочки молекул растворенного вещества, располагающихся вблизи от полярного ассоциата, благодаря чему обеспечивается значительный энтальпийный вклад в процессы растворения и экстракции.

Максим Федоров (Maxim Fedorov), специалист по моделированию взаимодействий «растворенное вещество/растворитель» из Университета Стратклайда, отмечает, что результаты работы Зальцманна очень важны для понимания особенностей жидкого состояния вещества. Он добавляет, что информация о супердиполях является дополнительным аргументом в пользу того, что нельзя говорить о жидкостях, как о неупорядоченных системах – такой подход является необоснованным упрощением даже для такой небольшой по размеру молекулы как CHCl₃.

Источник: Chem. Commun., 2015, DOI: 10.1039/c4cc09235j

метки статьи: #аналитическая химия, #межмолекулярные взаимодействия, #органическая химия, #супрамолекулярная химия