Химики ТПУ доказали, что «слабые» галогенные связи могут влиять на кристаллическую структуру нитроксильных радикалов — это самые перспективные молекулы среди стабильных радикалов. Впервые систематически было изучено влияние невалентных взаимодействий на архитектуру кристаллов. Эти фундаментальные знания в перспективе позволят получать магнитные материалы с заранее заданными свойствами, которые нужны для квантовых вычислений, органической электроники и спинтроники.
Исследование проводится при поддержке мегагранта Правительства РФ №075-15-2021-585 «Невалентные взаимодействия в кристаллохимическом дизайне 3D молекулярных и 2D поверхностных архитектур в целях создания функциональных материалов и решения задач химии устойчивого развития». Результаты работы были представлены на II Международном симпозиуме «Нековалентные взаимодействия в синтезе, катализе и кристаллографическом дизайне», который проходил с 14 по 16 ноября в Москве.
Невалентные взаимодействия — это вид межмолекулярных связей, характеризующихся малыми энергиями. Несмотря на «слабость» таких связей, они оказывают значительное влияние на кристаллическую структуру, а следовательно, на конечные свойства веществ. Управляя архитектурой этих связей, можно управлять и структурой веществ, создавать новые функциональные материалы.
Галогенные связи — один из видов невалентного взаимодействия, наиболее часто встречающийся в кристаллографическом дизайне. Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ применяют их для упорядочивания структуры нитронил-нитроксильных радикалов.
«Нитроксильные радикалы — одни из самых перспективных среди стабильных радикалов. Они легко кристаллизуются, очень стабильны по отношению к влаге и кислороду, а также достаточно просто синтезируются, что обеспечивает возможность структурного разнообразия. Уникальность нашего исследования заключается в системном изучении факторов, влияющих на изменение кристаллической структуры радикалов под действием галогенных связей. Мы стремимся научиться собирать малые молекулы в нужные нам архитектуры и за счет этого управлять магнитными свойствами итоговых материалов», — поясняет доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Петунин.
В галогенной связи акцептор и донор связываются между собой посредством взаимодействия положительно заряженной области акцептора электронной плотности с отрицательно заряженной областью донора. При этом в качестве акцепторов и доноров могут выступать самые разные молекулы. Химики ТПУ изучили сокристаллизацию нитроксильных радикалов, содержащих акцептор галогенной связи, и донора галогенной связи и выяснили, что изменением мольного соотношения донора и галогенной связи можно менять кристаллическую упаковку вещества.
В дальнейшем политехники будут работать с разными вариантами доноров и акцепторов, чтобы свести результаты разных экспериментов в единую систему. Отдельным интересным направлением исследования будут являться бифункциональные молекулы, содержащие как доноры, так и акцепторы галогенной связи. Такие молекулы начинают взаимодействовать между собой, образуя сложные полимерные цепочки различной конфигурации.
«Наша конечная цель — найти способы управления магнитными свойствами молекул и как результат создавать новые материалы для решения тех или иных задач. После работы с простыми молекулами мы перейдем к работе с крупными молекулами, которые содержат не один неспаренный электрон, а несколько. Это связано с тем, что правильная упаковка мультиспиновых систем более перспективна, чем монорадикалов. Она может стать шагом к получению материалов с необходимыми магнитными свойствами для создания квантового компьютера, а также применения в органической электронике и спинтронике», — говорит Павел Петунин.
Информация предоставлена пресс-службой Томского политехнического университета
Источник фото: ru.123rf.com
