Ученые из Института элементоорганических соединений Российской академии наук (РАН) предложили новый метод образования химической связи между бором и азотом. Для достижения этой цели авторы использовали катализаторы, позволяющие контролировать быстрые и хаотичные реакции активных азотсодержащих частиц. Это открытие предлагает полезный инструмент для создания светящихся молекул, которые используются в биохимических сенсорах и полимерной электронике. Результаты исследования были опубликованы в журнале Chemical Science.
Большинство окружающих нас химических материалов состоят из атомов углерода. Однако соседи углерода по периодической таблице, а именно бор и азот, могут выступать в качестве альтернативных строительных блоков для новых соединений. Связи между бором и азотом играют в молекулах ту же структурную роль, что и связи между атомами углерода, но с одним важным отличием: их заряд распределён неравномерно, и они легче вступают в химические реакции. Именно поэтому эти соединения широко используются для создания материалов – от прочной высокотемпературной керамики до гибкой полимерной электроники. В то же время до недавнего времени существовало всего два метода образования связей между бором и азотом, что сильно ограничивало разнообразие доступных для синтеза молекул.
Химики из Института элементоорганических соединений РАН предложили новый метод, который позволяет создавать связь между азотом и бором в органических молекулах. Для проведения этой реакции авторы использовали активные азотсодержащие частицы (нитрены) и органические соединения с атомами бора. Благодаря своей высокой реакционной способности нитрены легко встраиваются в связь между бором и водородом, изменяя химические свойства всей молекулы. Это похоже на то, как добавление нового слова в середину предложения может изменить его смысл.
Однако скорость взаимодействия нитрилов с борсодержащими молекулами оказалась очень высокой. Чтобы контролировать процесс и предотвратить образование сложной смеси продуктов, учёные использовали катализатор, который направляет энергию молекул в нужное русло. Авторы протестировали более 40 различных катализаторов, прежде чем обнаружили, что комплексы рутения и родия с аминокислотами дают наилучшие результаты.
«Мы надеемся, что новая реакция станет полезным инструментом для химиков-синтетиков. Она позволяет нам образовывать связи между органическими соединениями с атомами бора и различными азотсодержащими молекулами, в том числе природными и биологически активными соединениями. Этот подход можно использовать для создания ярких флуоресцентных меток для биохимических исследований или материалов для гибкой органической электроники», – цитирует Дмитрия Перекалина, доктора химических наук, Российский научный фонд.