В организме человека железо активно взаимодействует с кислородом. Самый известный пример – гемоглобин, который переносит кислород в крови. Железо также образует высокореактивные соединения, известные как оксокомплексы, которые участвуют в работе ферментов печени, расщепляющих лекарства.
Химики из Университета Райса в США выясняли, могут ли металлы из f-блока периодической таблицы, в частности лантаниды, образовывать с кислородом похожие активные соединения. Они предположили, что если заставить лантаниды правильно связываться с кислородом, можно получить высокореактивные оксокомплексы. Такие молекулы могли бы стать синтетической альтернативой соединениям железа и дать химикам новые инструменты для изучения реакций, схожих с биологическими.
Главным препятствием считалось, что металлы f-блока, особенно лантаниды, не вступают в пи-взаимодействия с малыми молекулами вроде кислорода. Этот тип химической связи важен для многих биологических процессов.
В статье для Journal of the American Chemical Society исследователи описали, как им удалось заставить молекулу кислорода O₂ сформировать пи-связи с неодимом – одним из лантанидов. В результате они получили оксокомплекс этого металла.
Для этого ученые использовали разработанную ими ранее лигандную платформу, которую они называют «молекулярной корзиной». Она захватывает и удерживает атом металла в нужной позиции. Исследователи расположили две такие «корзины» с атомами неодима друг напротив друга и соединили их «мостиком» из шести атомов, включая молекулу кислорода. Такая структура позволила точно настроить положение металлов и в подходящих условиях запустить реакцию, которая ранее считалась маловероятной.
В результате между неодимом и кислородом образовались пи-связи. Это разорвало связь между двумя атомами в молекуле кислорода, и сформировался новый оксокомплекс. Теперь исследователи могут изучить, способны ли эти соединения заменить оксокомплексы железа в синтетической химии и обладают ли они уникальными свойствами.
Хотя эксперимент проводился только с неодимом, авторы работы полагают, что их метод применим к большинству лантанидов и, возможно, к актинидам. Это открывает новые возможности в химии элементов f-блока и может позволить создавать ценные химические вещества.
