Нековалентные взаимодействия в дизайне и
синтезе новых соединений

Под редакцией A.M. Магеррамова, К.Т. Махмудова,
М.Н. Копыловича, А.Дж.Л. Помбейро
Перевод с английского под ред. профессора В.Г. Ненайденко
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Химический факультет
Москва: ТЕХНОСФЕРА, 2016. - 624 с.
ISBN 978-5-94836-472-8
Допущено Учебно-методическим объединением по классическому университетскому образованию
в качестве учебного пособия для студентов старших курсов, магистрантов и
аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Химия»

В книге проанализированы результаты и движущие силы некоторых реакций, управляемых нековалентными взаимодействиями. В отличие от стандартных учебных курсов по основным химическим дисциплинам, проблема представлена с точки зрения различных областей химии и различных подходов, ее главы написаны учеными разных стран и специальностей. Текст разделен на несколько частей, в которых представлены органический, неорганический и металлоорганический синтез, катализ, получение кристаллов и биоматериалов, а также биохимия и химия материалов. Хотя такое разделение довольно искусственно, оно дает понятие о современных тенденциях исследований и помогает ориентироваться в книге. Издание будет полезно для читателей, интересующихся разработкой и синтезом новых материалов с ценными свойствами, и приведет к дальнейшему развитию исследований в этой области.

Рекомендовано УМО по классическому университетскому образованию в качестве учебного пособия для студентов старших курсов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Химия».

Содержание

О редакторах		14
Предисловие к изданию на русском языке		16
Предисловие		17
Литература		19
Часть I. Органический синтез
Глава 1
Активация ковалентных связей в результате нековалентных взаимодействий. Абель М. Магеррамов, Камран Т. Махмудов Максимилиан Н. Копылович, М. Фатима С. Гуэдес да Силва и Армандо Дэю Л. Помбейро		21
1.1. Введение		21
1.2. Примеры активации под действием водородных связей		23
1.2.1. Активация С—С-связи		23
1.2.2. Активация связи С=С		23
1.2.3. Активация CsC-связи		25
1.2.4. Активация связи С-N		25
1.2.5. Активация связи C=N		30
1.2.6. Активация С≡N-связей		32
1.2.7. Активация связи С —О		34
1.2.8. Активация С=О-связи		36
1.2.9. Активация С—S-связи		38
1.2.10. Активация С=S-связи		38
1.3. Активация путем образования галогенной связи		39
1.4. Другие виды нековалентных взаимодействий и их перспективы		41
1.5. Заключительные комментарии		43
Литература		44
Глава 2
Связи бор азот: удобный способ построения молекул. Дж. П. М. Антонио, Г. Д. В. Фариас, Ф.М.Ф. Сантос, Р. Оливейра, П.М. С. Д. Кал и П.М.П. Гойс		46
2.1. Введение		46
2.2. В—N-содержащие ароматические гетероциклы		47
2.2.1. Боразол		48
2.2.2. Азаборины и полициклические производные		49
2.3. Неароматические В—N-содержащие гетероциклические соединения		52
2.3.1. Защитные группы и лиганды для бороновых кислот		52
2.3.2. Биологически активные гетероциклы		54
2.3.3. Катализ		56
2.3.4. Борсодержащис радикалы		57
2.3.5. Люминесценция		58
2.3.6. Хранение водорода		59
2.4. В—N-взаимодействие: супрамолекулярные структуры		60
2.4.1. Макроциклы и каркасные структуры		61
2.4.2. Полимерные структуры		62
2.4.3. Органогели		64
2.4.4. Биоконъюгаты		64
2.5. В —N-взаимодействие: хсмосенсоры		66
2.5.1. Флуоресцентные рецепторы		67
2.5.2. Колориметрические рецепторы		72
2.5.3. Другие рецепторы		76
2.6. Заключительные комментарии		76
Литература		77
Глава 3
Влияние стерических, электронных и молекулярных эффектов предорганизации на реакционную способность β-фенилэтиламинов в реакциях с неенолизуемыми альдегидами. Родольфо Квеведо		83
3.1. Введение		83
3.2. Реакция допамина с неенолизуемыми альдегидами: реакция Пикте Шпенглера		84
3.3. Реакция производных тирозина с неенолизуемыми альдегидами		86
3.3.1. Реакция этилового эфира L-тирозина с альдегидами		86
3.3.2. Молекулярная предорганизация посредством нековалентных взаимодействий и их вклад в синтез азациклофанов из производных тирозина		88
3.3.3. Константа димеризации для изопропилового эфира тирозина в растворе		89
3.3.4. Анализ твердого состояния		90
3.3.5. Нековалентные взаимодействия тирамина		91
3.4. Нековалентные взаимодействия L-тирозина и его тетрабутиламмониевой соли		92
3.4.1. L-Тирозин		92
3.4.2. Тетрабутиламмониевая соль L-тирозина		93
3.5. Реакция тирамина и β-фенилэтиламина с формальдегидом		95
3.6. Синтез бензилазациклофанов		97
3.7. Заключительные комментарии		99
Литература		100
Глава 4
Нековалентные взаимодействия в синтезе макроциклов. Евгений А. Катаев		102
4.1. Введение		102
4.2. Аниоп-темплатный синтез		103
4.3. Катион-темплатный синтез		113
4.4. Направленный синтез под действием водородных связей		116
4.5. Другие виды макроциклизации		122
4.6. Заключительные комментарии		124
Литература		125
Часть II. Неорганический, органический и металлоорганический синтез
Глава 5
Нековалентные взаимодействия воды с комплексами металлов в растворе. Антонио Ромероса и Франко Скаламбра		129
5.1. Введение		129
5.2. Водородиая связь и ван-дер-ваальсовы взаимодействия		131
5.2.1. Водородная связь		131
5.2.2. Ван-дер-ваальсово (ВДВ) взаимодействие		133
5.3. Нейтронные и рентгеновские методы исследования структурных особенностей сольватированных ионов металлов и металлокомплексов и их структуры в растворе		136
5.4. Вода, ионы и комплексы металлов в растворе		137
5.4.1. Взаимодействие молекул воды с ионами металлов		138
5.4.2. Взаимодействие молекул воды с ионом металла в составе комплекса		141
5.4.3. Взаимодействие лигандов комплексов металлов с молекулами воды		144
5.5. Заключительные комментарии		149
Литература		149
Глава 6
Возможности применения π—π-взаимодействия в металлокомплексах. Манас Сутрадхар и Армандо Дэю. Л. Помбейро		152
6.1. Введение		152
6.2. Модель и некоторые правила для π—π-стэкинга		152
6.3.1. Модифицированные пиреном (и другими π—π-систсмами) комплексы рутения (II) и родия (I)		154
6.3.2. Модифицированный пиреном комплекс золота (I)		155
6.3.3. Модифицированные пиреном комплексы никеля (II)		157
6.4. Магнетизм		159
6.4.1. Комплексы меди (II)		159
6.4.2. Комплексы Мп(II) и Мп(III)		161
6.4.3. Комплекс никеля (II)		162
6.5. Фотофизическис свойства		163
6.5.1. Комплексы иридия		163
6.5.2. Комплексы платины		165
6.6. Заключение		167
Литература		168
Глава 7
Нековалентная стабилизация в координационных комплексах переходных металлов и металлоорганических соединениях. Предраг Петрович, Жан-Пьер Дэюукич, Андреас Хансен, Кристоф Баннварт, Стеашн Гримм		170
7.1. Введение		170
7.2. Теоретические проблемы НКВ и дисперсии в комплексах переходных металлов		172
7.3. Внутримолекулярные НКВ как фактор стабилизации		179
7.4. Поверхностно-селективная координация металла с ароматическими лигандами		180
7.4.1. Поверхностно-селективное термическое присоединение карбонилов металлов к полиароматическим соединениям		180
7.4.2. Поверхностно-селективное связывание Rh и Ir(I) с трикарбонил (η⁶-ииденил)хром-анионом		184
7.4.3. Псевдохелатирование		187
7.5. Межмолекулярные НКВ в донорно-акцепторных комплексах металл—металл и других агрегатах		193
7.5.1. Доиорпо-акцспторные комплексы, стабилизированные дисперсией		194
7.5.2. Межмолекулярные НКВ в молекулярных агрегатах		197
7.5.3. Агрегация комплексов Rh(I)		198
7.5.4. Олигомеризация комплексов типа цисплатипа		200
7.6. Заключительные комментарии		203
Литература		204
Глава 8
Галогенное связывание в синтезе и дизайне координационных и металлоорганических соединений. Абель М. Магеррамов, Намик К. Шихалиев, Аташ В. Гурбанов, Камран Т. Махмудов, Валентин Г. Ненайденко, Армандо Дэю. Л. Помбейро и Максимилиан Н. Копылович		211
8.1. Введение		211
8.2. Взаимодействие галоген—галоген		215
8.3. Взаимодействия галоген—азот		219
8.4. Взаимодействия галоген—халькоген		223
8.5. Галогенное связывание в металлоорганических соединениях		228
8.6. Заключительные комментарии		231
Литература		231
Глава 9
Влияние нековалентных взаимодействий на структуру и размерность гибридных соединений и координационных полимеров. Фердинандо Константине, Андреа Иенко и Марко Таддеи		233
9.1. Введение		233
9.2. Нековалентные взаимодействия в слоистых и открытых каркасных ЗD-аминофос- фонатах циркония		235
9.3. Роль π-π-стэкинга в сборке, размерности и стабильности координационных полимеров		245
9.4. Супрамолскулярпые взаимодействия, влияющие на координацию металла		252
9.5. Связь между размерностью сети и размером катиона		257
9.6. Заключительные комментарии		263
Литература		263
Часть III. Дизайн кристаллов и соединения типа «гость - хозяин»
Глава 10
Дигалогены как доноры галогенной связи. Mammu Хаукка, Пипса Хирва и Кари Риссанен		266
10.1. Типичные доноры галогенных связей		267
10.2. Типичные акцепторы галогенных связей		268
10.3. Основные особенности дигалогенов		269
10.4. Перенос заряда и молекулярные галогены		270
10.5. Примеры из практики		272
10.5.1. Управление гомоядерными связями X—X с помощью тионов акцепторов галогенных связей		272
10.5.2. Взаимодействие гетероядерных дигалогепов XY с тионами — акцепторами галогенных связей		275
10.5.3. I₂ в галогенсодержащих комплексах металлов как слабый акцептор галогенных связей		275
Заключительные комментарии		280
Литература		280
Глава 11
Построение супрамолекулярных ансамблей на основе взаимодействий анион-π-система. Антонио Бауза и Антонио Фронтера		283
11.1. Введение		283
11.2. Физическая природа		285
11.3. Примеры супрамолекулярных ассоциатов		290
11.4. Заключительные комментарии		299
Литература		300
Глава 12
Асимметрические азамакроциклы как хиральные сольватирующие агенты. Коиши Танака		303
12.1. Введение		303
12.2. Хиральные макроциклические амины на основе БИНОЛа		304
12.3. Хиральные макроциклические амиды		304
12.4. Хиральные макроциклические амины		307
12.5. Хиральные азакраун-макроциклы		319
12.6. Заключительные комментарии		320
Литература		320
Глава 13
Новые стратегии дизайна комплексов включения с кукурбитурилами. Наилъ Салех		322
13.1. Введение		322
13.2. Главные особенности СВп в химии «гость-хозяин»		323
13.2.1. Сверхвысокая связывающая способность и селективное сродство к молекулам «гостя»		323
13.2.2. Жесткие, симметричные структуры с различными размерами полости		323
13.2.3. Предпочтительное связывание катионов, а не нейтральных частиц		323
13.2.4. Полярная карбонильная группа		324
13.3. «Умные» супрамолскулярные наноструктуры		324
13.3.1. Супрамолекулярные наночастицы золота для терапии in vitro		324
13.3.2. Конкуренция «гостей» для выделения белков из супрамолекулярных сфер		324
13.3.3. Светочувствительные супрамолекулярные гибридные коллоиды		325
13.3.4. Термоуправляемый супрамолекулярный гидрогель для создания самовосстанавливающихся материалов		325
13.3.5. рН-унравляемые супрамолскулярные мицеллы для доставки лекарств in vitro		326
13.3.6. Супрамолекулярные коллоидосомы с конкурентным связыванием «гостей»		327
13.3.7. Редокс-управляемые наночастицы золота для выделения пептидов		327
13.3.8. Редокс-чувствительный супрамолекулярный полимер		329
13.3.9. Светочувствительные мезопористые наночастицы кремния		331
13.3.10. Мезопористые наночастицы кремния с двойным контролем (рН и свет)		332
13.4. Заключительные комментарии		333
Литература		334
Глава 14
Стэкинг-взаимодействия ароматических молекул при больших горизонтальных сдвигах. Душан П. Маленов и Снеснсана Д. Зарич		336
14.1. Введение		336
14.2. Параллельные взаимодействия воды с ароматическими соединениями при больших горизонтальных смещениях		337
14.2.1. Параллельные взаимодействия ароматических соединений с некоординированной водой		337
14.2.2. Поиск по Кембриджской структурной базе		340
14.2.3. Взаимодействия воды с ароматической системой «параллельно-вверх» и «все параллельно»		340
14.2.4. Взаимодействия воды с ароматической системой «параллельно-вниз»		342
14.2.5. Неэмпирические и DFT-расчеты		342
14.2.6. Параллельные взаимодействия воды с ароматическим фрагментом при больших горизонтальных сдвигах в супрамолекулярных системах		346
14.2.7. Взаимодействия координированных молекул воды и ароматической системы при больших горизонтальных сдвигах		347
14.3. Параллельные взаимодействия между ароматическими кольцами при больших горизонтальных сдвигах		351
14.3.1. Параллельные взаимодействия ароматических систем друг с другом при больших горизонтальных сдвигах		351
14.3.2. Взаимодействия гетероатом/гетероатом при больших горизонтальных сдвигах		357
14.3.3. Поиск взаимодействий пиридин-пиридин по Кембриджской структурной базе		357
14.3.4. DFT-расчсты энергий взаимодействия пиридин-пиридин		358
14.3.5. Взаимодействия пиридин-пиридин при больших горизонтальных сдвигах в супрамолекулярных структурах		360
14.3.6. DFT-расчеты параллельных взаимодействий ароматической системы с гетероароматической: система бензол/пиридин		360
14.4. Заключение		362
Литература		363
Глава 15
*Селективное связывание с молекулами и наносупрамолекулярная сборка n-сульфонатокаликс[n]аренов* Ю Лью и Ии Хван Ванг		365
15.1. Введение		365
15.2. Селективное связывание молекул		366
15.2.1. Связывание органических катионов аммония		366
15.2.2. Связывание с ароматическими катионами		367
15.2.3. Связывание с бифункциональными молекулами		371
15.3. Наносупрамолекулярная сборка		377
15.3.1. Супрамолекулярные полимеры		377
15.3.2. Индуцированная каликсаренами агрегация		384
15.4. Заключительные комментарии		390
Литература		391
Глава 16
Синтез, дизайн, описание и применение металлсодержащих супрамолекулярных полимеров. Липенг Хи и Уэйфенг Бу		394
16.1. Введение		394
16.2.Синтез МСП		394
16.2.1. Основные стратегии синтеза линейных МСП		396
16.2.2. Линейные МСП на основе полипиридиновых лигандов		399
16.3. Дизайн МСП		407
16.3.1. МСП различного строения		407
16.3.2. МСП, получающиеся при ортогональной самосборке		413
16.4. Области применения МСП		421
16.4.1. Оптоэлсктронные материалы		421
16.4.2. Самовосстанавливающиеся материалы		421
16.4.3. Биомедицинские материалы		423
16.5. Выводы		427
Литература		428
Часть IV.Катализ
Глава 17
Каталитическое применение комплексов металлов, иммобилизованных на поверхности производных графена и других подобных материалов с помощью нековалентных взаимодействий. Сара Сабатер и Хосе А. Мата		433
17.1. Введение		433
17.2. Получение химически модифицированного графена		435
17.3. Функционализация при помощи нековалентных взаимодействий		437
17.4. Каталитические применения		439
17.4.1. Комплексы, иммобилизованные на УНТ		439
17.4.2. Комплексы, иммобилизование на материалах на основе графена		441
17.5. Перспективы		447
Литература		448
Глава 18
Совместное применение нековалентных взаимодействий и координации в катализе. Абель М. Магеррамов, Камран Т. Махмудов, Максимилиан Н. Копылович, Рафига А. Алиева и Армандо Дэю. Л. Помбейро		450
18.1. Введение		450
18.2. Совместное действие водородных связей и координации		451
18.3. Совместное действие галогепого связывания с координацией или водородным связыванием		464
18.4. Совместное действие координации и других типов нековалентных взаимодействий		468
18.5. Заключительные комментарии		470
Литература		470
Глава 19
Мезопористые упорядоченные гибридные материалы как подложки для постоянной иммобилизации ферментов при помощи нековалентных взимодействий. Виктория Гарсон, Карлос Маркес Альварес, Изабель Диас, Роза М		472
19.1. Введение		472
19.1.1. Материалы, используемые в качестве носителей /подложек		473
19.1.2. Морфология носителей		473
19.1.3. Функционализация носителя		474
19.1.4. Сравнение ковалентной и нековалентиой иммобилизации ферментов		474
19.2. Нековалентныс методы иммобилизации ферментов		475
19.3. Упорядоченные мезопористые материалы		476
19.3.1. Упорядоченные мезопористые материалы на основе кремнезема: контроль мезоструктуры и размера пор		476
19.3.2. Гибридные органокремниевые материалы		478
19.3.3. Характеристика структуры пор упорядоченных мезопористых материалов		480
19.4. Нековалентная иммобилизация ферментов на упорядоченных мезопористых ма¬ териалах		483
19.4.1. Влияние структуры и функционализации носителя на загрузку и активность фермента		483
19.4.2. Влияние структуры и функционализации материала носителя на вымывание фермента		487
19.4.3. Удерживание фермента в порах		487
19.4.4. Стабильность: РМО-ферментныс катализаторы в органических растворителях		490
19.5. Заключительные комментарии		491
Литература		492
Часть V. Биорелевантный синте
Глава 20
Управление биологически значимыми реакциями при помощи некова¬ лентных взаимодействий. Риккардо Амарати Лука Валъгимигли		496
20.1. Введение		496
20.2. Эффекты растворителей в радикальных реакциях		497
20.3. Количественное описание силы водородной связи в растворе: сольватохромные параметры Авраама		499
20.4. Влияние нековалентных взаимодействий на реакции фенольных антиоксидантов с пероксидными радикалами		500
20.4.1. ОН-группа фенола в качестве донора водородной связи		501
20.4.2. Дистанционные эффекты водородной связи		502
20.4.3. Взаимодействие с металлами		503
20.4.4. Одпоэлсктронные окислительные системы		507
20.5. Влияние нековалентных взаимодействий на реакционную способность фсноксиль- ных радикалов		508
20.5.1. Стабилизация феноксильных радикалов Н-связями		509
20.5.2. Биосинтетическос связывание феноксильных радикалов: белки-проводники		511
20.5.3. Синтезы с помощью феноксильных радикалов, стабилизированных водородными связями		511
20.5.4. Эффекты комплексообразования металла		513
20.6. Влияние нековалентных взаимодействий на реакции алкоксильных радикалов с аминами или амидами		515
20.6.1. Водородные связи радикал -субстрат		515
20.6.2. Внутримолекулярные водородные связи в субстрате		516
20.6.3. Межмолекулярные нековалентные взаимодействия субстрата с растворителем или с растворенными солями		517
20.6.4.Межмолекулярные нековалентные взаимодействия отщепляющегося радикала с растворителем		518
20.7. Заключительные комментарии		519
Литература		519
Глава 21
Современное понимание π - π- взаимодействий и их применение в дизайне белков. Даюианмин Гао, Азаде С. Хоссейни		522
21.1. Введение		522
21.2. Роль π - π-взаимодействий в свертывании белка		523
21.3. π - π- Взаимодействия при сборке белков		527
21.4. π - π- Взаимодействия в пептидных лекарствах		531
21.5. Заключительные комментарии		533
Литература		533
Глава 22
Использование нековалентных взаимодействий в синтезе псевдопептидных искусственных соединений и материалов. Джорди Сола, Игнасио Альфонсо		535
22.1. Введение		535
22.2. Нековалентные взаимодействия в создании циклических нсевдопептидов		536
22.2.1. Псевдопептидные макроциклы		536
22.2.2. Псевдопептидные каркасы		540
22.3. Псевдопептиды в динамической ковалентной химии		543
22.4. Нековалентные взаимодействия в пептидоподобных фолдамерах		552
22.5. Самоорганизующиеся псевдопептиды для создания наноструктур		556
22.6. Заключительные комментарии		560
Литература		560
Глава 23
Нековалентная эксфолиация графита для получения графена. Индэюкуй Янг, Дин Ши и Тао Дэюианг		565
23.1. Введение		565
23.2. Твердофазная эксфолиация		567
23.2.1. Микромеханическое расщепление		567
23.2.2. Сухое измельчение в шаровой мельнице		568
23.3. Жидкофазная эксфолиация		569
23.3.1. Эксфолиация в органических растворителях в отсутствие ПАВ		569
23.3.2. Эксфолиация в ионных жидкостях в отсутствии ПАВ		572
23.3.3. Эксфолиация в органических растворителях в присутствии ПАВ		574
23.3.4. Эксфолиация в воде в присутствии ПАВ		576
23.4. Выводы и перспективы		580
Литература		581
Глава 24
Электростатические взаимодействия в дизайне полимерных продуктов. Лоренцо М. Полгар и Франческо Пикчолини		586
24.1. Введение		586
24.2. Стратегии синтеза		587
24.2.1. Сополимеризация		587
24.2.2. Постполимеризационная модификация		587
24.3. Свойства иономеров		589
24.3.1. Растворимость и поглощение воды		589
24.3.2. Тепловые свойства		590
24.3.3. Морфология		593
24.3.4. Механические свойства		594
24.3.5. Реология		597
24.3.6. Свойства в растворе		597
24.4. Перспективы будущих исследований		598
Литература		599
Глава 25
Супрамолекулярные стерические затруднения в объемных органических/полимерных полупроводниках и устройствах. Линг Хай Кси и У эй Хуанг		602
25.1. Введение		602
25.2. Принцип дизайна на основе четырех элементов		604
25.3. SSH в органических полупроводниках		606
25.3.1. SSH в объемных полупроводниках и OLED		606
25.3.2. Объемные супрамолекулы		608
25.3.3. Циновочные мотивы в ансамбле органических нанокристаллов		609
25.3.4. Иерархическая химия органических устройств		610
25.4. Расширение концепции SSH на полимерные полупроводники		613
25.4.1. SHP		613
25.5. Заключительные комментарии		616
Литература		617
Предметный указатель		621

О редакторах

Абель М. Магеррамов окончил Бакинский государственный университет (Азербайджан) по специальности «химия». В 1976 году защитил кандидатскую, в 1991 году - докторскую диссертацию в Московском государственном университете. С 1991 года - профессор Бакинского государственного университета, с 1993 но 1999 гг. - декан химического факультета, с 1999 года - ректор Бакинского государственного университета. Академик Национальной академии наук Азербайджана (2007 г.), Национальной академии наук Грузии (2013 г.) и Российской академии наук (2016 г.). Автор 71 монографии, соавтор свыше 700 научных публикаций в индексируемых международных научных журналах, имеет 55 патентов, выступал с 45 докладами на международных конференциях. Под его руководством защищено более 60 кандидатских и докторских диссертаций. Научные интересы группы A.M. Магсррамова связаны с органической, координационной и супрамолекулярной химией, особое внимание уделяется исследованию роли нековалентных взаимодействий в синтезе, катализе и дизайне кристаллов. A.M. Магеррамов - заслуженный деятель науки Азербайджана. Награжден Орденом «Шохрат» (2009, Азербайджан), Золотой медалью Организации экономического сотрудничества (2000), орденом «Золотая звезда» Румынии (2004) и удостоен награды ISESCO в области науки и технологий 2012 года. A.M. Магеррамов - почетный доктор ведущих университетов Турции, Румынии, Казахстана, Украины, Китая и Албании, а также почетный профессор Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, вице-президент Евразийской ассоциации университетов. В 2005 и 2010 годах избирался членом Парламента Республики Азербайджан.

Камран Т. Махмудов родился в г. Товуз (Азербайджан) и защитил бакалаврскую (2001), магистерскую (2003), кандидатскую (2007) и докторскую (2012) диссертации под руководством академика A.M. Магеррамова и профессора Р.А. Алиевой в Бакинском государственном университете, в котором далее работал в должности ассистента (2006-2008). С 2009 года выполняет научное исследование под руководством А.Дж.Л. Помбейро в Лиссабонском университете. Имеет более 75 публикаций в индексируемых международных журналах, является автором двух глав в монографиях и двух обзоров. Область научных интересов К.Т. Махмудова - синтез органических и координационных соединений, E/Z изомеризация, гомогенный катализ, активация ковалентных связей посредством нековалентных взаимодействий (в частности, во¬дородных связей) или их совместным действием при координации.

Максимилиан Н. Копылович окончил факультет химической инженерии Белорусского государственного технологического университета в 1993 году. Защитил кандидатскую диссертацию по специальности «химия» в том же университете. Работал в качестве докторанта (2000-2007), ассистента (2008-2013) и старшего научного сотрудника (с 2014 года по настоящее время) в Центре структурной химии Высшего технического института (1ST) Лиссабонского университета. Область научных интересов - синтетическая координационная химия и катализ, в частности, им были разработаны новые методы синтеза триазапентадиенатных, полиалкоголятных, арилгидразоновых, иминоиндолиноновых и тетразолатных комплексов металлов практически всех групп Периодической системы. В настоящее время занимается исследованием металл-опосредованного (темплатного) и водород(галоген)-активировашюго синтеза новых соединений и супрамолекулярных ансамблей.

Армандо Дж. Л. Помбейро — профессор Высшего технического института Лиссабон¬ского университета, президент Центра структурной химии, координатор научной тематики синтеза и катализа. Директор Программы по катализу и устойчивости (CATSUS), академик Лиссабонской академии наук, ранее - Президент Португальского электрохимического общества. Научная группа Армандо Дж. Л. Помбейро занимается исследованием активации промышленно, экологически и биологически важных малых молекул, включая металл-катализируемый синтез и катализ (в том числе функционализации алканов в мягких условиях), дизайном кристаллов координационных соединений, самоорганизацией полиядерных и супрамолекулярных структур, молекулярной электрохимией и теоретическими исследованиями. Председатель оргкомитета 25-й Международной конференции по металлоорганической химии (ICOMC), член организационных и научных комитетов 40 международных конференций и научных школ. Является автором научной монографии и редактором четырех монографий. Соавтор 600 научно-исследовательских публикаций. Имеет 33 патента, более 100 раз выступал на международных конференциях в качестве приглашенного лектора. Имеет более 14000 цитирований; fa-индекс = 56 (по данным Web of Science). Награжден премией Испанского королевского химического общества и премией Португальского химического и электрохимического общества.

Предисловие к изданию на русском языке

Современная химия, как и вся наука, становится все более и более междисциплинарной. Работа на стыке двух или нескольких областей придает любым исследованиям синергетический эффект и, как правило, все прикладные работы имеют такой междисциплинарный характер. На мой взгляд, монография «Non-covalent interactions in the synthesis and design of new compounds», изданная издательством Wiley в 2016 году, представляет собой образец междисциплинарности. Эта книга, подготовленная под редакцией известных ученых из Азербайджана и Португалии (A.M. Магеррамов, К.Т. Махмудов, М.Н. Копылович, А.Дж.Л. Помбейро), собрала в себе все самые интересные тенденции в области нековалентных взаимодействий и практического применения этих знаний в управлении различными химическими процессами и явлениями. Именно поэтому возникла идея перевода этой книги на русский язык.

Нековалентные взаимодействия — это взаимодействия, которые имеют существенно меньшую энергию по сравнению с обычными ковалентными связями. Тем не менее, их значение в любых областях современной химии чрезвычайно велико. Более того, понимание современной химии без этих взаимодействий практически невозможно.

На мой взгляд, у этой книги должна быть очень широкая читательская аудитория. Трудно перечислить все области химии, которые затрагивает представленный материал - это органи¬ческая химия и неорганическая химия, химия координационных соединений и кристаллохимия, супрамолекулярная химия и биохимия, структурная химия и материаловедение, катализ и различные методы физико-химического анализа. Эта книга будет полезна как студентам и аспирантам, только начинающим свое познание науки, так и большинству ученых и преподавателей.

Я хотел бы выразить искреннюю благодарность тем людям, без помощи которых издание этой книги на русском языке было бы невозможно. Загоревшись идеей издать данную книгу на русском языке, первым делом я обсудил возможность ее перевода с одним из редакторов книги - A.M. Магеррамовым (ректор Бакинского государственного университета) и сразу получил полную поддержку. Большую помощь в издании нам также оказал Н.Г. Шихалиев (заместитель заведующего кафедрой органической химии БГУ). Я очень благодарен своим коллегам - профессорам кафедры органической химии МГУ Е.К. Белоглазкиной и С.З. Вацадзе (за помощь в организации перевода и работу над книгой), а также всем сотрудникам и аспирантам нашей кафедры, которые принимали в этом участие. Наконец, я получил большое удовольствие от профессионализма сотрудников издательства «Техносфера» С. Орлова и О. Кулешовой, с которыми мы в очень сжатые сроки выпустили эту книгу.

Заведующий кафедрой органической химии
МГУ имени М.В. Ломоносова
Профессор В.Г. Ненайденко
Декабрь 2016 года

Предисловие

Важность нековалентных взаимодействий общепризнана с давних пор |1], и они продолжают привлекать внимание ученых, работающих в различных областях химии и технологии. Обычно под нековалентными взаимодействиями подразумевают атомные или молекулярные контакты, при которых не происходит образования общих электронных пар или потери электронов. Как и любое определение, такое упрощение несколько спорно, по оно все же позволяет разграничить слабые (нековалентные) взаимодействия и ковалентные, координационные, металлические или ионные связи. К числу нековалентных относятся, в частности, водородные, галогенные, халькогенные и пниктогенные связи, ван-дер-ваальсовы взаимодействия, π - π- взаимодействия, и т.п. Заметим, что в различных областях химии нековалентными могут считаться разные типы связей. Например, в органической химии координационная связь рассматривается как нековалентное взаимодействие. Тем не менее можно выделить некоторые общие закономерности. Так, если рассматривается взаимодействие каких-либо атомов, которое проявляется в зна¬чительном уменьшении межатомного расстояния по сравнению с суммой ван-дер-ваалъсовых радиусов; обладает определенной направленностью в пространстве, и в то же время образует гораздо более низкой энергией, чем типичные «ковалентные» связи (< 100 кДж/моль), то такие взаимодействия можно считать нековалентными.

Слабость и разнообразная природа нековалентных взаимодействий делает их важными в различных приложениях, например при синтезе органических, неорганических, координационных и металлоорганических соединений и супрамолекулярных ансамблей. С помощью нековалентных взаимодействий реагенты могут быть необходимым образом организованы в пространстве, обеспечивая подходящее геометрическое окружение реагирующих фрагментов, с их помощью может быть изменен энергетический профиль процесса и облегчено его протекание. Так, например, образование множественных галогенных связей между продуктами реакции может быть одной из основных движущих сил процесса (так называемый «спайдер-эффект» в синтезе содержащих несколько атомов галогенов органических и координационных соединений).

Хотя в некоторых случаях можно проанализировать и предсказать результат влияния нековалентного взаимодействия на протекание реакции, в большинстве случаев успех синтеза основывается прежде всего на интуиции и счастливой случайности.

В этой книге проанализированы, по крайней мере частично, результаты и движущие силы некоторых реакций, управляемых нековалентными взаимодействиями. Роль этих взаимодействий существенна также в смежных областях получения новых материалов и биохимии. Отметим, что, в отличие от стандартных учебных курсов по основным химическим дисциплинам, в этой книге проблема представлена с точки зрения различных областей химии и различных подходов. Поэтому се главы написаны учеными разных стран, разных поколений и специальностей, научные интересы и работы которых связаны с этими окружающими нас повсюду слабыми силами.

Хотя не так давно были опубликованы прекрасные книги по разным типам нековалентных взаимодействий [2 9], постоянно появляются новые факты и концепции. Поэтому некоторые разделы этой книги посвящены последним достижениям в теории нековалентных взаимодействий. С другой стороны, текущий прогресс в структурном и компьютерном анализе привел к развитию статистического подхода к описанию нековалентных взаимодействий в веществах [3 5, 10]. Это позволило обратить внимание на некоторые ранее незамеченные взаимодействия, которые, тем не менее, могут иметь большое практическое значение.

К настоящему времени установлено, что нековалентиые контакты играют существенную роль в синтезе новых соединений и современных материалов. Каталитические химические превращения, движущей силой которых являются пековалентные взаимодействия или их синергетическое действие при координации (например, в кооперативном катализе), представля¬ют собой одну из наиболее перспективных стратегий в органическом синтезе [2]. Кроме того, нековалентные взаимодействия могут оказаться крайне важными для понимания механизма действия лекарственных средств и функционирования каталитических центров биологических систем [11]. Учитывая это, более глубокое понимание и сознательное использование этих взаимодействий может оказаться важным для биомедицины и смежных с ней областей. Так, например, нековалентные взаимодействия могут быть использованы при создании транспортных средств для инкапсулирования и адресной доставки терапевтических агентов или биоактивных материалов.

Учитывая сказанное выше, эта книга разделена на несколько частей, в которых представлены органический, неорганический и металлоорганический синтез, катализ, получение кристаллов и биоматериалов, а также биохимия и химия материалов. Хотя такое разделение довольно искусственно, оно дает понятие о современных тенденциях исследований и помогает ориентироваться в книге. Первая часть монографии посвящена роли пековалентных взаимодействий в органическом синтезе. Образование водородных, галогеннпых, халькогенных и пниктогенных связей обеспечивает активацию насыщенных и ненасыщенных ковалентных связей, синтез макроциклов; в этом разделе рассмотрена также молекулярная пред организация. В следующем разделе обсуждается роль нековалентиых взаимодействий в дизайне, синтезе и применении неорганических, координационных и металлоорганических соединений. Третий раздел посвящен в основном дизайну кристаллов и образованию соединений типа «гость-хозяин». В этой части книге подробно обсуждаются доноры галогенных связей, взаимодействия между ароматическими молекулами и анионные тг-взаимодействия как движущие силы супра-молекулярной сборки и образования соединений включения (например, из кукурбитурилов или каликсаренов), хиральных азамакроциклов и молекулярных сенсоров.

В четвертом разделе книги дан обзор некоторых возможных каталитических приложений; эта часть непосредственно связана с тематикой пятого раздела, в котором рассматривается роль нековалентных сил в биохимических радикальных реакциях и в синтезе пептидомомстиков. Заключительный, шестой раздел посвящен химии материалов, и в частности, получению новых полимерных и гибридных материалов на основе графена.

Таким образом, в рамках общей концепции пековалентных взаимодействий представлены работы из различных областей химии, как теоретической, так и практической, что, как мы надеемся, позволяет дать подробный обзор их известных и возможных в будущем областей применения. Мы надеемся, что эта книга будет полезна для читателей, интересующихся разработкой и синтезом новых материалов с ценными свойствами, и приведет к дальнейшему развитию исследований в этой области. Мы благодарим авторов каждой главы, которые внесли важнейший вклад в написание этой книги. Особо мы хотим поблагодарить старшего редактора John Wilcy&Sons, Anita Lekhwani, и ее коллег за помощь в редактировании рукописи. Кроме этого, мы благодарим за поддержку Бакинский государственный университет, Азербайджан, и Фонд науки и технологии (FCT), Португалия.

Абель М. Магеррамов
Камрап Т. Махмудов
Максимилиан Н. Копылович
Армандо Док. Л. Помбейро

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Нековалентные взаимодействия в дизайне и синтезе новых соединений

Содержание

Предисловие к изданию на русском языке

Предисловие

Нековалентные взаимодействия в дизайне и
синтезе новых соединений