Российскими учеными открыты новые соединения редкоземельных элементов

Современная химия дает возможность получения огромного количества новых соединений, и поистине бесконечные комбинации строительных кирпичиков, из которых их можно «собирать», делают это интересной и увлекательной задачей. Редкоземельные элементы придают веществам уникальные свойства – прежде всего люминесцентные и магнитные, не меньший интерес вызывает и их биологическая активность. Химию редкоземельных элементов изучают уже многие десятки лет, поэтому обнаружение ранее неизвестных соединений кажется невыполнимой задачей. Но оказалось, что еще многое здесь ждет своих первооткрывателей!

Например, соединения редкоземельных элементов с молочной кислотой, которая относится к так называемым á-гидроксикислотам, были предсказаны более 50 лет назад, однако в виде индивидуальных соединений их синтезировать до сих пор никому не удавалось.

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, совместно с коллегами из Петербургского института ядерной физики НИЦ «Курчатовский институт», Национального исследовательского университета «Высшей школы экономики», Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева и Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка Объединенного института ядерных исследований осуществил синтез нового кристаллического лактата иттрия, а также аморфного лактата иттрия, имеющего чрезвычайно необычную структуру.

Коллектив авторов, куда вошла студентка 2 курса образовательной программы "Химия" НИУ ВШЭ Сильвестрова Анна, впервые синтезировал и описал новые соединения, являющиеся первыми представителями солей редкоземельных элементов и молочной кислоты. 

Сильвестрова Анна

Студентка 2 курса ОП Химия

Работа в лаборатории в целом является очень непростым, но захватывающим процессом. Никогда не знаешь, что получится, а что нет. Бывает так, что полностью изученная реакция идёт совсем не по плану, а та, на которую вообще не было надежды, вдруг оказывается очень перспективной. В процессе выполнения работы под руководством Япрынцева Алексея Дмитриевича из Института общей и неорганической химии имени Н.С.Курнакова РАН, я получила много новых навыков и знаний, что, на мой взгляд, является одним из наиболее значимых результатов работы. Стоит отметить, что я планирую продолжить научную карьеру в будущем, поскольку это тот вид деятельности, который полон азарта и логики, а такое довольно редко встречается в современном мире

«Многие соединения редкоземельных элементов проявляют биологическую активность, и их можно использовать для диагностики и терапии различных заболеваний. Для понимания механизма такой активности нужно знать, как ионы редкоземельных элементов взаимодействуют с органическими веществами, участвующими в метаболизме. Одним из таких важных веществ является молочная кислота, которая формируется в организме человека при распаде глюкозы и является маркером различных нарушений, вызванных гипоксией. Исследования химического взаимодействия редкоземельных элементов с молочной кислотой были начаты много лет назад, но, как ни странно, кристаллических лактатов никто до нас получить не смог. Кстати, о солях редкоземельных элементов с другими á-гидроксикислотами известно еще меньше. Мы предложили стратегию синтеза и смогли выделить кристаллы первой соли редкоземельного элемента и молочной кислоты – лактата иттрия, – комментирует научный сотрудник Лаборатории синтеза функциональных материалов и переработки минерального сырья ИОНХ РАН, Алексей Япрынцев. Результаты работы опубликованы в престижном журнале RSC Advances. 

Интересно, что если немного изменить предложенные нами условия синтеза (уменьшить количество молочной кислоты), то можно получить похожее по составу вещество, которое образует не кристаллы, а гель, состоящий из тончайших (около 30 нм) волокон. Соединения РЗЭ крайне редко образуют гели, а волокнистые гели вообще практически не изучены. Если аккуратно высушить такой гель, образуется прочный гибкий материал, напоминающий обычную бумагу.

Мы считаем, что полученные нами соединения открывают возможности для создания новых люминесцентных тест-систем для обнаружения органических соединений в воздухе. Новые знания о соединениях редкоземельных элементов с органическими соединениями, участвующими в метаболизме, важны для создания систем контроля состояния организма человека».

Работа поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (№ 075-15-2020-782).

На фото: «Бумага» из лактата иттрия – основа для создания новых тест-систем

Источник: A.D. Yapryntsev, A.E. Baranchikov, A.V. Churakov, G.P. Kopitsa, A.A. Silvestrova, M.V. Golikova, O.S. Ivanova, Yu.E. Gorshkova, V.K. Ivanov. First amorphous and crystalline yttrium lactate: synthesis and structural features // RSC Adv. 2021. V.11. P. 30195-30205. 
DOI: 10.1039/D1RA05923H