Разработанная в XIX веке концепция «ключ-замок» помогла ученым Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) и Томского политехнического университета (ТПУ) найти «ключ» к сложным неорганическим молекулам — полиоксометаллатам (ПОМ), 20 сентября сообщает пресс-служба СПбГУ.

Немецкий ученый Эмиль Фишер (1852–1919) заметил, что ферменты, представляющие собой биологические катализаторы, взаимодействуют с теми молекулами субстрата, на которые они воздействуют, специфическим образом. Это взаимодействие он сравнил с ключом, подходящим только к определенному замку, объясняя, почему ферменты так избирательны в своей работе.

Как ключ должен иметь определенную форму, чтобы открыть конкретный замок, так и молекула субстрата, чтобы произошла химическая реакция, должна точно соответствовать активному центру фермента.

Эту концепцию «ключ-замок», выдвинутую в 1894 году, химики используют до сих пор. Ученым СПбГУ и ТПУ она помогла найти «ключ» к сложным неорганическим молекулам — полиоксометаллатам (ПОМ). ПОМ представляют собой крупные анионные кластеры, состоящие из атомов кислорода и переходных металлов, например, молибдена или вольфрама и, обладая уникальными свойствами, нашли применение в катализе, материаловедении и даже медицине.

Один из ведущих авторов исследования, почетный профессор СПбГУ, академик РАН Вадим Кукушкин рассказал о нем:

«В ходе исследования ученые обнаружили, что определенный тип ПОМ — анион [β Mo₈O₂₆]⁴⁻ — проявляет избирательность во взаимодействии с катионами иодония. Это взаимодействие можно описать, используя аналогию „ключ-замок“. В данном случае катион иодония выступает в роли „ключа“, а анион ПОМ — в роли „замка“. Интересно, что эта избирательность проявляется только для одного изомера ПОМ».

Ученый считает, что такое взаимодействие вызвано образованием галогенных связей — особого типа межмолекулярных взаимодействий между катионом и анионом. Такие связи, обладающие уникальными свойствами, которые можно использовать для создания новых материалов, привлекают большое внимание исследователей.

Результаты данного исследования ученых СПбГУ и ТПУ могут в перспективе дать новые возможности для создания материалов с заданными свойствами, основанных на этих особых взаимодействиях между ионами, например, для создания новых типов сенсоров, селективно распознающих определенные ионы в растворе.

Еще одним важным направлением, которое открывает эта работа, является разработка новых катализаторов. Хотя ПОМ уже используют в катализе, но теперь открытая возможность точно контролировать их взаимодействие с другими молекулами потенциально может привести к созданию более эффективных и селективных катализаторов.

Подробности проведенного исследования ученые представили в статье «Тетрагональная пирамидальная ассоциация катионов иодония с лакунными краями бета-октамолибдата на основе галогеновых связей типа „ключ-замок“», опубликованной в журнале Королевского химического общества Chemical Science.