圣大与托木斯克理工大学的化学家们找到打开离子“锁”的“钥匙”
圣彼得堡国立大学和托木斯克理工大学的科学家们将19世纪提出的“钥匙—锁”概念应用于复杂的无机分子——多金属氧酸盐（多酸），发现碘阳离子化合物可以成为其“钥匙”，引发离子间的选择性相互作用。这可以用于制造具有特定性质的材料和新型催化剂。
1894年，德国科学家埃米尔·费歇尔（Emil Fischer）描述了化学中酶与底物之间的相互作用。费歇尔注意到，酶（生物催化剂）以一种非常特殊的方式与其底物（酶作用的分子）相互作用。他将这种相互作用比作一把只能开特定锁的钥匙。
该研究成果发表在英国皇家化学会顶刊《Chemical Science》上。
这一比喻有助于解释为什么酶的工作具有极高的选择性。正如钥匙必须具有正确的形状才能打开锁一样，底物分子也必须与酶的活性中心完全匹配才能发生化学反应。
时至今日，化学家们仍在使用“钥匙—锁”的概念。此外，它还在不断发展，并已应用于包括无机化学在内的各个化学领域。圣大和托木斯克理工大学的科学家将“钥匙—锁”原理应用于复杂的无机分子——多金属氧酸盐（多酸）。多酸是由氧原子和过渡金属（如钼或钨）组成的大型团簇阴离子。它们具有独特的性质，可应用于催化、材料科学乃至医学领域。
“在研究过程中，科学家们发现，一种特殊类型的多酸，即[β‑Mo₈O₂₆]⁴⁻阴离子，在与碘阳离子的相互作用中表现出选择性。这种相互作用可以用‘钥匙—锁’来描述。在该情形中，碘阳离子是‘钥匙’角色，而多酸阴离子是‘锁’的角色。有趣的是，这种选择性只体现在多酸的一种同分异构体（种类）上”，论文的主要作者之一、圣大名誉教授、俄罗斯科学院院士瓦基姆·库库什金（Вадим Кукушкин）说道。
据他介绍，这种相互作用是由于阳离子和阴离子之间形成了一种特殊的分子间相互作用——卤键。近年来，卤键因其独特性质和在创造新材料中的潜力，吸引了越来越多研究人员的关注。
科学家们指出，这项研究证明了“钥匙—锁”概念等基本原理。这些成果可能会在现代化学中找到意想不到的应用。未来，这一发现将为基于离子间特定相互作用创造具有特定性质的材料提供新机遇。例如，这类系统可用于制造能够选择性识别溶液中某些离子的新型传感器。
这项工作开辟的另一个重要领域是开发新型催化剂。多酸已经被用于催化，但精确控制其与其他分子相互作用的能力为开发更高效、更具选择性的催化剂开辟了道路。
在门捷列夫科学教育集群框架下，来自圣大和托木斯克理工大学的各领域专家通力合作，使这项工作成为可能。圣大充当协调者的角色，协助制定和实施各类需要将门捷列夫科教集群各机构的潜力和资源结合起来的项目。
与分子领域的“钥匙—锁”原理类似，托木斯克理工大学和圣大之间的合作也体现了科学领域的互补性。拥有技术专长的托理工是“钥匙”，而拥有基地的圣大则是“锁”。二者间的互动就像完美的分子匹配，产生了协同效应，为研究化学过程和创造创新材料开辟了新前景。
论文的主要作者之一、圣大名誉教授、俄罗斯科学院院士瓦基姆·库库什金
托木斯克理工大学和圣大化学家之间的合作已经持续了四年多。在此期间，他们在国际权威期刊上共同发表了20多篇论文。合作的协同效应促成了7个研究基金项目、1个俄罗斯联邦总统资助项目和1个俄罗斯政府大额资助项目。
此外，化学家们还在教育领域开展合作，积极开展本科生与研究生互换、员工实习以及行政部门代表互访。
合作成果还包括由托木斯克理工大学、圣大的代表与国家一流科学机构共同举办的“合成、催化与晶体化学设计中的非共价相互作用”大会。