В проекте предлагается создание и изучение комплексов с взаимодействующими короткими водородными связями, обладающими одновременно сильной зарядовой и слабой энергетической кооперативностью. Исследование явления переноса заряда в таких системах будет проводиться в трех направлениях: 1) моделирование взаимодействия нековалентных связей в активных центрах некоторых белков, 2) создание новых органических катализаторов для реакций гетероциклизации и 3) разработка новых протических ионных жидкостей с высокой протонной проводимостью. В рамках проекта предполагается развитие методов спектрального детектирования и характеризации систем с взаимодействующими водородными связями, чем и обусловлен фундаментальный интерес данной тематики. Научная новизна заключается в том, что во всех трех направлениях работы предлагается использовать одну и ту же ключевую особенность химического строения изучаемых систем. В этих системах имеется неколько нековалентных взаимодействий, по крайней мере одно из которых является «квазисимметричной» (короткой, низкобарьерной) водородной связью, при этом смещение протона в ней, вызываемое изменением прочности одного из соседних нековалентных взаимодействий, сильно изменяет заряды на протонодонорном и протоноакцепторном атомах, заметно модифицируя их нуклеофильность без больших энергетических затрат. Иными словами, небольшое изменение прочности одной химической связи вызывает значительный перенос заряда в соседней. В первом направлении объектом исследования выбраны модельные комплексы, имитирующие систему переноса заряда в активных центрах ферментов трипсина и химотрипсина, а также системы стабилизации отрицательного заряда в активных центрах фотоактивного желтого белка (комплекс белок-кофактор) и кетостероид-изомеразы (комплекс фермент-ингибитор). Во втором направлении будут разрабатываться кислотные органокатализаторы для получения конденсированных пиримидинов, принцип каталитического действия которых основан на одновременном увеличении электрофильности атома углерода и нуклеофильности атома азота за счет пары взаимодействующих коротких водородных связей без перехода протона. В третьем направлении будут рассмотрены протические ионные жидкости, в которых образуются цепочки гомосопряженных водородных связей и возможна передача подвижных протонов без трансляционной диффузии тяжелых атомов.
