Ученые предложили новый метод образования химической связи между бором и азотом. Для этого авторы использовали катализаторы, которые позволяют контролировать быстрые и хаотичные реакции активных азотсодержащих частиц. Открытие дает исследователям полезный инструмент для создания светящихся молекул, которые применяются в биохимических сенсорах и полимерной электронике. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Chemical Science.
Большинство окружающих нас химических материалов построены в основном из атомов углерода. Однако его «соседи» по периодической таблице Менделеева — бор и азот — могут выступать альтернативными «строительными блоками» для новых соединений. Связи между бором и азотом выполняют в молекулах ту же структурную роль, что и связи между атомами углерода, но обладают важным отличием: они более полярны (в них неравномерно распределен заряд) и легче вступают в химические реакции. Поэтому такие соединения широко применяются для создания различных материалов, от прочной высокотемпературной керамики до гибкой полимерной электроники. Однако до настоящего времени существовало всего два общих метода для образования связи бор-азот, что сильно ограничивало разнообразие доступных для синтеза молекул.
Химики из Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН (Москва) предложилиновый способ, позволяющий создать связь между азотом и бором в органических молекулах. Для реакции авторы использовали нитрены — активные азотсодержащие частицы — и органические соединения с атомами бора. Благодаря своей высокой реакционной способности нитрен легко «встраивается» в связь между бором и водородом и меняет химические свойства всей молекулы. Это можно сравнить с тем, как вставка нового слова в середину предложения меняет его смысл.
Однако скорость взаимодействия нитренов с борсодержащими молекулами оказалась очень высока. Поэтому, чтобы управлять процессом и избежать образования сложной смеси продуктов, ученые использовали катализатор, направляющий энергию молекул в нужное русло. Авторы протестировали более сорока различных катализаторов, прежде чем обнаружили, что комплексы рутения и родия с аминокислотами справляются с этой задачей наилучшим образом.
«Мы надеемся, что новая реакция станет полезным инструментом для химиков-синтетиков. Она позволяет соединять органические соединения с атомами бора с разнообразными азотсодержащими молекулами, включая природные и биологически активные соединения. Этот подход можно использовать для создания ярких флуоресцентных меток для биохимических исследований или материалов для гибкой органической электроники.В дальнейшем мы планируем улучшить термическую и химическую стабильность амидоборанов. Однако полученные нами продукты уже достаточно стабильны для исследования их практического применения», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дмитрий Перекалин, доктор химических наук, заведующий лабораторией металлоорганических соединений ИНЭОС РАН.
***
Больше результатов исследований грантополучателей Российского научного фонда и актуальных новостей из мира науки доступны в социальных сетях РНФ Вконтакте и Телеграм