Ученые СПбГУ впервые выявили новый вид нековалентной связи в «чистом виде»

Нековалентные взаимодействия в химии — это силы притяжения между молекулами или их частями. Значимость нековалентных взаимодействий особенно велика в биологических системах, например обмене веществ или хранении генетической информации. Ярким примером служит молекула ДНК, сама структура которой основана на двух типах нековалентных взаимодействий: водородных связях и π-π стэкинге.

Водородные связи обеспечивают взаимодействие нуклеотидных оснований, лежащих в основе хранения генетической информации, а π-π стэкинг является ключевым фактором, который стабилизирует двойную спираль молекулы ДНК и придает ей характерную конфигурацию. Эти взаимодействия не только определяют структуру ДНК, но и играют ключевую роль в процессах репликации и транскрипции (копирования и синтеза) генетической информации. Как отмечают ученые, без этих нековалентных взаимодействий жизнь в том виде, в котором мы ее знаем, была бы невозможна.

Существуют также другие виды нековалентных взаимодействий, которые играют важную роль в формировании структуры веществ и их свойств. Среди них особое место занимают «именные взаимодействия», названные по группам элементов, участвующих в их образовании. Эти взаимодействия играют важную роль в формировании структуры веществ и их свойств. К ним относятся галогенная (с участием галогенов), пниктогенная (с участием элементов 15-й группы) халькогенная (с участием химических элементов 16‑й группы) связи.

Недавно была открыта еще одна нековалентная связь — сподиевая, названная от латинского слова «spodium», что означает «цинковая зола» или «цинковый прах», поскольку в образовании этой связи участвует цинк (Zn) — первый элемент 12-й группы Периодической таблицы химических элементов.

Периодическая таблица химических элементов, открытие которой стало фундаментом всей современной химии, была создана выдающимся универсантом Дмитрием Ивановичем Менделеевым. 8 февраля 2024 года исполнилось 190 лет со дня рождения великого русского ученого‑энциклопедиста. В честь 190‑летия со дня рождения Дмитрия Менделеева Санкт‑Петербургским университетом была организована онлайн‑выставка «Д. И. Менделеев — три службы Родины». Кроме того, на сайте Научной библиотеки имени М. Горького СПбГУ проходит виртуальная выставка «Менделеев и Санкт‑Петербургский университет», посвященная научной работе ученого в стенах СПбГУ, где представлены редкие издания: «Основы химии», «Аналитическая химия», «Органическая химия», кандидатская и магистерская диссертации.

Ученые Санкт-Петербургского университета вместе с другими ведущими мировыми научными группами создали кристаллы, в которых атомы ртути образуют сподиевую связь с атомами платины или палладия.

«Особенность этой связи заключается в том, что даже положительно заряженный металл (такой как платина или палладий) может выступать донором электронов за счет своих заполненных d-орбиталей. Это явление можно образно сравнить с ситуацией, когда богатый человек, оберегающий свое богатство (положительный заряд), начинает отдавать деньги (электроны) из своего "тайного сейфа" (d-орбитали). Такое необычное поведение металла открывает новые возможности для создания уникальных материалов и соединений с заданными свойствами», — рассказал автор исследования, старший научный сотрудник СПбГУ (кафедра физической органической химии) Антон Рожков.

Таким образом, удалось впервые получить «чистую» сподиевую связь, не осложненную другими взаимодействиями. Ученые сравнивают это с возможностью ясно услышать лишь один инструмент в оркестровом концерте. Более того, эта связь оказалась довольно прочной — от 11 до 15 ккал/моль, когда средняя водородная связь в ДНК имеет энергию около 3−7 ккал/моль. Эти результаты открывают возможности для создания новых катализаторов, сенсоров и материалов для электроники будущего.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в международном научном журнале CrystEngComm.

Иллюстрация сподиевой связи взята из журнала CrystEngComm