Введение

Циклические, многозубые лиганды, способные к инкапсуляции катионов.

В химии криптанды представляют собой семейство синтетических бициклических и полициклических многозубых лигандов для различных катионов. Нобелевская премия по химии в 1987 году была присуждена Дональду Крэму, Жану Мари Лену и Чарльзу Педерсену за их вклад в открытие и изучение применения криптандов и краун-эфиров, что положило начало быстро развивающейся области супрамолекулярной химии. Название "криптанд" указывает на то, что этот лиганд связывает субстраты в полости, заключая гость, подобно погребению. Эти молекулы являются трехмерными аналогами краун-эфиров, но образуют более селективные и прочные комплексы с ионами-гостями. Образующиеся комплексы являются липофильными.

Структура

Наиболее распространенным и важным криптоандом является N[CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2]3N; систематическое название IUPAC для этого соединения – 1,10-диаза-4,7,13,16,21,24-гексаоксабицикло[8.8.8]гексакозан. Это соединение называется [2.2.2]криптандом, где числа указывают на количество атомов кислорода эфира (и, следовательно, центров связывания) в каждом из трех мостиков между аминогруппами. Многие криптанды коммерчески доступны под торговой маркой Kryptofix. Все аминокриптанды проявляют особенно высокую аффинность к катионам щелочных металлов, что позволило выделить соли K−.

Связывание катионов

Трехмерная внутренняя полость криптандов обеспечивает место связывания – или "хозяина" – для "гостевых" ионов. Комплекс между катионным "гостем" и криптандом называется криптатом. Криптанды образуют комплексы со многими "жесткими катионами", включая NH4+, лантаноиды, щелочные металлы и щелочноземельные металлы. В отличие от краун-эфиров, криптанды связывают "гостевые" ионы, используя доноры азота и кислорода. Этот трехмерный режим инкапсуляции обеспечивает некоторую селективность по размеру, позволяя различать катионы щелочных металлов (например, Na+ и K+). Некоторые криптанды являются люминесцентными.

Связывание анионов

Криптанды на основе полиаминов могут быть превращены в полиаммониевые клетки, демонстрирующие высокую аффинность к анионам.

Лабораторные применения

Криптанды находят некоторое коммерческое применение (например, в технологиях гомогенной флуоресценции с разделением по времени, HTRF, использующих Eu3+ в качестве центрального иона). Более важно то, что они являются реагентами для синтеза неорганических и органометаллических солей. Хотя криптанды дороже и сложнее в приготовлении, чем краун-эфиры, они прочнее связывают щелочные металлы. Они особенно используются для выделения солей сильноосновных анионов. Они превращают сольватированные катионы щелочных металлов в липофильные катионы, тем самым придавая растворимость в органических растворителях образующимся солям. Благодаря достижениям, признанным в учебниках, криптанды позволили синтезировать алкалиды и электриды. Например, добавление 2,2,2-криптанда к раствору натрия в аммиаке приводит к образованию соли [Na(2,2,2-криптанд)]+e−, выделенной в виде сине-черного парамагнитного твердого вещества. Криптанды также использовались при кристаллизации ионов Цинтля, таких как Sn94−. Хотя на практике это встречается редко, криптанды могут служить катализаторами межфазного переноса, поскольку их катионные комплексы являются липофильными.