Креативность фундаментальных исследований в области химии заключается в поиске новых способов преобразования молекул и создания новых молекулярных структур. Чтобы достичь этого, исходная молекула должна претерпеть серию преобразований, пока не будет достигнута интересующая молекулярная архитектура. Однако молекула не просто изменяется сама по себе – ее должна подталкивать другая молекула, так называемый катализатор. В природе эту каталитическую роль играют ферменты.
В химии и биологии активным элементом катализаторов часто является самый маленький из возможных атомов – водород.
«Когда мы хотим осуществить молекулярное преобразование, мы часто используем водородную связь», – объясняет Стефан Матилль, профессор кафедры органической химии факультета естественных наук UNIGE и директор исследовательского проекта. «Точнее, мы помещаем молекулу, которую мы хотим преобразовать, известную как субстрат, в контакт с водородом.
Затем катализатор притягивает отрицательный заряд от подложки до точки, где молекула настолько бедна отрицательными зарядами, что она вынуждена искать контакт с другой подложкой и, чтобы поддерживать себя, преобразовывать.«Водород можно рассматривать как пылесос, который всасывает отрицательные заряды, пока молекулы не будут вынуждены объединиться и преобразоваться, чтобы компенсировать потерю.
Сера увеличивает точность
Команда профессора Матилла заинтересована в использовании связей, отличных от водородных, для катализа и других видов деятельности. Большинство химиков считают их довольно эзотерическими, не имеющими особого значения в области молекулярных преобразований. Однако, при более внимательном рассмотрении атома серы в определенных молекулах, исследовательская группа UNIGE поняла, что атом имеет очень локализованную область, где он крайне беден электронами, что-то вроде «черной дыры». Команда хотела знать, может ли это отверстие действовать как «пылесос», как водород, если оно будет соприкасаться с субстратом.
Если бы это было так, серу можно было бы использовать в качестве катализатора, заставляя молекулы трансформироваться сами. Эта несколько неортодоксальная связь, известная как связь халькогена, заменит обычную водородную связь.
Как поясняет профессор Матилль: «Чтобы проверить нашу гипотезу, мы создали и протестировали ряд молекулярных структур с использованием халькогенных связей с постепенно увеличивающейся прочностью. Мы заметили, что они не только работают, но и увеличивают скорость трансформации более чем в тысячу раз, как при отсутствии катализатора.
Кроме того, мы достигли степени точности, невозможной с водородными связями."Фактически, вся поверхность водорода" бедна электронами ". Таким образом, когда он играет роль катализатора, весь атом может соприкасаться с подложкой и всасывать отрицательные заряды по всей поверхности. Однако в случае серы только небольшая площадь может действовать как катализатор.
Это позволит химикам быть более точными в приведении катализатора и субстрата в контакт и, таким образом, усилить контроль над превращением. Это может произвести революцию в синтетической органической химии.
Это открытие дает химикам новый инструмент.
Это доказывает, что теперь можно использовать различные подходы для проведения молекулярных превращений, и открывает совершенно новые перспективы в мире синтетической химии. Группа профессора Мэтиля теперь попытается построить молекулы, недоступные с помощью обычных водородных связей.
Это открывает двери для создания новых материалов.