Ученые из Университета штата Индиана провели эксперимент, подтверждающий возможность образования димера стабильной супрамолекулы, состоящей из двух гидроксид-анионов, что противоречит закону Кулона. О результатах исследования сообщается в журнале Angewandte Chemie.
Закон Кулона определяет величину сил, возникающих между неподвижными электрическими зарядами. Согласно основному принципу этого закона, молекулы, несущие одноименный заряд, отталкиваются друг от друга, что препятствует образованию соединений, состоящих исключительно 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.
«Проведенное исследование стало прорывным, и его результаты способны привести к пересмотру общепринятых взглядов на супрамолекулярные ионы. Полагаю, это положит начало чему-то новому и значительному в данном направлении», — сообщил соавтор работы Джонатан Сесслер (Jonathan Sessler).
Димеры, образованные анионами бисульфата, открывают возможности для решения ряда экологических задач. Благодаря своим ионно-экстракционным свойствам, они могут быть использованы для удаления сульфат-ионов из отходов азотной кислоты, образующихся на предприятиях радиохимической и химической отраслей. Также, данная супрамолекулярная структура может найти применение в процессе удаления фосфат-ионов.
В настоящее время одним из методов переработки сульфатного осадка радиоактивных отходов является стеклование, позволяющее уменьшить их объем на 85–95 процентов. Помимо отходов, подобные соединения попадают в водоемы в процессе окисления органических веществ. Повышенное содержание фосфат-ионов в водоемах обусловлено использованием человеком фосфорных удобрений и моющих средств.