Химики из Университета штата Индиана экспериментально доказали возможность димеризации стабильной супрамолекулы из двух гидроксид-анионов вопреки закону Кулона. Результаты работы представлены в журнале Angewandte Chemie.
Закон Кулона — закон, описывающий силы взаимодействия между неподвижными электрическими зарядами. Ключевым постулатом закона является утверждение о том, что между двумя молекулами с одинаковым зарядом неизбежно возникают силы отталкивания, что делает существование соединений только из катионов или только из анионов невозможным. Закон Кулона был открыт в 1785 году.
В новой работе ученые попытались связать анион бисульфата (HSO4) с парой C5-симметричных макроциклов — молекул, синтезированных ими в 2013 году, — путем молекулярной инкапсуляции. Однако вместо связывания макроциклов с одной молекулой бисульфата результатом эксперимента стал димер бисульфата на основе самокомплементарной антиэлектростатической водородной связи.
«Исследование стало открытием, его итоги могут привести к пересмотру устоявшейся точки зрения на супрамолекулярные ионы. Полагаю, это положит начало чему-то новому и значительному в данном направлении», — сообщил соавтор работы Джонатан Сесслер (Jonathan Sessler).
Реальность димеров на основе анионов бисульфата может способствовать поиску решений ряда экологических проблем. Его ионно-экстракционные свойства могут использоваться для удаления сульфат-ионов из азотнокислых отходов предприятий радиохимической и химической промышленности. Кроме того, новая супрамолекула может применяться для ликвидации фосфат-ионов.
Сейчас одним из способов обработки сульфатного осадка радиоактивных отходов является стеклование — это снижает объем отходов на 85–95 процентов. Помимо отходов, такие соединения накапливаются в водоемах в результате окисления органических веществ. Избыток в водоемах фосфат-ионов связан с применением человеком фосфорных удобрений и моющих средств.