Новости химической науки > Анион пробует на вкус π-систему

Исследователи из Европы смогли запечатлеть момент взаимодействия аниона с π-электронным облаком ароматического соединение. Ранее предполагалось, что такое взаимодействие возможно, однако до настоящего теоретическая возможность такого взаимодействия не подтверждалась экспериментальными свидетельствами.

Молекулярное взаимодействие анион-π-система. (Рисунок из Nature Chemistry, DOI: 10.1038/nchem.657)

Обычно несущий отрицательный заряд анион должен стараться избегать взаимодействия богатой электронами π-системой ароматического кольца. Тем не менее, если ароматическое кольцо связано с сильными электроноакцепторными группами, существенная доля электронной плотности может быть «стянута» с ароматического кольца, в результате чего недостаток электронов в такой π-системе может компенсироваться зарядом аниона. Для таких ароматических систем обычно говорят об их π-кислотности.

Многие годы было известно, что анион может взаимодействовать с системами, проявляющими π-кислотный характер, однако детали механизма этого взаимодействия до настоящего времени были предметом дискуссий. Стефан Матиль (Stefan Matile) из Университета Женевы отмечает, что до настоящего времени не существовало прямых экспериментальных свидетельств в пользу того, что комплекс анион-π-система могут обладать какими-либо полезными свойствами.

Ранее в группе Матиля была получена серия длинных π-кислотных ароматических молекул, которые могут выступать в качестве искусственной жидкой мембраны и способствовать транспорту анионов с одного конца в другой, предполагалось, что анионы перемещаются по электрононедостаточной π-системе. Матиль отмечает, что, хотя перенос анионов наблюдался, исследователи не были уверены в том, что причиной его протекания было взаимодействие π-система-анион.

Исследователи получили новую серию ароматических молекул, различавшихся по степени π-кислотности. С помощью тандемной масс-спектрометрии электрораспыления (electrospray tandem mass spectrometry) исследователи показали, что с анионом, например, хлорид-анионом, могут ассоциироваться две молекулы π-кислоты. Если плученный таким образом комплекс возбудить лазерным излучением, анион сохраняет связь с молекулой, π-кислотность которой выше, а π-система – доступнее стерически, боковые заместители π-кислоты при этом не влияют на связывание аниона с π-системой.

Как говорит Матиль, результаты эксперимента предоставляют очевидное свидетельство в пользу того, что ассоциация ароматической молекулы и аниона обуславливается π-взаимодействием.

Исследователь из Женевы предполагает, что взаимодействие анион-π-система может оказаться полезным для решения целого ряда задач. Например, анионы часто выступают в качестве интермедиатов химических реакций, а стабилизация таких интермедиатов поверхностью, обладающей достаточной π-кислотностью, может привести к созданию каталитических систем нового типа.

Патрик Гамес (Patrick Gamez) из Лейденского химического института Нидерландов, специалист по взаимодействию анионов с π-системами отмечает, что хотя за последнее десятилетие статическое существование взаимодействий анион-π-система было доказано как с помощью квантово-химических расчетов, так и с помощью рентгеноструктурного анализа отдельных структур, многие в химическом сообществе сомневались в существовании таких нековалентных контактов. Он отмечает, что результаты нового исследования жизненно важны для сравнительно новой области супрамолекулярной химии. Результаты исследования однозначно демонстрируют, что взаимодействие аинон-π-система существует, предлагая возможности применения этого супрамолекулярного взаимодействия.

Источник: Nature Chemistry, DOI: 10.1038/nchem.657

метки статьи: #квантовая химия, #кинетика и катализ, #органическая химия, #физическая химия