КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 23-13-00033

НазваниеКристаллохимический дизайн супрамолекулярных архитектур за счёт сигма- и пи-дырочных нековалентных взаимодействий

РуководительКукушкин Вадим Юрьевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2025 г. 

Конкурс№80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-203 - Химия координационных соединений

Ключевые словаКристаллохимический дизайн, комплексы металлов, нековалентные взаимодействия, платина, палладий, золото, иод, теллур, селен

Код ГРНТИ31.21.29 31.17.29 31.15.17

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Глобальной фундаментальной научной проблемой настоящего проекта является создание новых функциональных материалов для повышения качества жизни людей. В более узком смысле, проект направлен на разработку фундаментальных принципов супрамолекулярной химии с использованием сигма- и пи-дырочных взаимодействий (единичных или сигма/пи-комбинированных), донорами которых являются производные тяжёлых элементов групп 6–9 таблицы Менделеева. Основная научная новизна проекта заключается в использовании уголковых органических супрамолекулярных тектонов, обладающих как бинарными сигма-дырочными (например, производные иода(III), либо теллура(II) или селена(II)), так и выраженными пи-дырочными свойствами (например, за счёт электронодефицитной ареновой или гетероареновой систем). Предполагается, что наличие двух глубоких сигма-дырок, а также и сочетание сигма- и пи-дырочных свойств в одной структурной единице откроет путь к широкому применению в супрамолекулярной химии комбинированных сигма/пи-дырочных тектонов в качестве узлов, связывающих два разрозненных или связанных линкером нуклеофильных центров. Для успешной реализации данного проекта, находящегося на стыке химии, физики, кристаллографии, и нанотехнологий, необходимо поэтапное решение следующих взаимосвязанных задач: идентификация и распознание природы новых типов сигма- и пи-дырочных взаимодействий; выявление особенностей комбинированных сигма/пи-дырочных взаимодействий и создание методов направленного управления этими свойствами; практическая разработка стратегий супрамолекулярного синтеза и дизайна, а также синтеза новых металлосодержащих материалов; исследование наукоёмких свойств этих соединений, а также управление этими свойствами за счёт вариабельности и/или изоструктурных замен донорных и акцепторных компонентов слабых взаимодействий. В конечном итоге, результаты исследований будут использованы для создания функциональных материалов с прогнозируемыми свойствами для здравоохранения, энергетики и природопользования. Результаты работ по проекту, как и предыдущие работы коллектива в данном направлении, предполагается публиковать в международных журналах с высоким импакт-фактором.

Ожидаемые результаты
Проект направлен на разработку фундаментальных принципов супрамолекулярной химии с использованием сигма- и пи-дырочных взаимодействий (единичных или сигма/пи-комбинированных), донорами которых являются производные тяжёлых элементов групп 6–9 таблицы Менделеева. Предполагается, что фундаментальные аспекты формирования сигма- и пи-дырочных взаимодействий (или комбинированных сигма/пи-дырочных) положат основу дизайна супрамолекулярных систем на основе комплексов металлов в качестве структурообразующего элемента, а также дальнейшего изучения структуры и реакционной способности полученных систем в практически значимых химических процессах. Не менее важным задачей является установление фундаментальных закономерностей влияния сигма- и пи-дырочных взаимодействий на основные физико-химические свойства (например, химическая устойчивость, люминесценция, растворимость) и химические свойства (реакционная способность) металлосодержащих систем. В конечном итоге, результаты исследований будут использованы для создания функциональных материалов с прогнозируемыми свойствами для здравоохранения, энергетики и природопользования. Результаты работ по проекту, как и предыдущие работы коллектива в данном направлении, предполагается публиковать в международных журналах с высоким импакт-фактором.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Настоящий проект ориентирован на решение проблемы направленного кристаллохимического дизайна супрамолекулярных ансамблей на основе неклассических типов межмолекулярных взаимодействий комплексов переходных металлов с органическими донорами сигма- и пи-дырок. Ключевой идеей междисциплинарного проекта является распознание и понимание природы и особенностей новых типов сигма- и пи-дырочных взаимодействий, донорами которых являются производные тяжёлых элементов групп 6–9 таблицы Менделеева. В результате работ, проведённых после подписания грантовых соглашений с РНФ (апрель 2023) были проведены исследования и получены результаты в следующих направлениях: проведено сравнительное исследования способности пушпульных и традиционных нитрилов как доноров галогенной связи. Показано, что хотя в ковалентной химии эти два типа нитрилов часто характеризуется принципиально разной реакционной способностью, однако нековалентное -дырочное взаимодействие типа ГС приводит к нивелирующему эффекту, выраженному в значительном сходстве между ГС обоих типов нитрильных соединений. Кроме того, в рамках осуществления гранта, был выявлен первый пример индуцированного металлами усиления тетрельной связи. Все запланированные исследования выполнены на 100% и отклонений от первоначального плана исследований на 2023 г. нет. На этапе работ 2023 г. по теме проекта была опубликована статья в журнале Американского химического общества Crystal Growth & Design (Q1 в разделе Crystallography пo версии Web of Science; Q1 в разделах Chemistry Multidisciplinar и Crystallography по версии Journal Citation Indicator; в базе данных SJR раздела Crystallography нет и определение квартиля в этой категории невозможно). Сделана и опубликована в ChemRxiv (публикация 14.09.2023; https://chemrxiv.org/engage/chemrxiv/article-details/6501b12f99918fe537e17b28) в виде препринта ещё одна работа, которая на момент на момент написания отчёта находится на рецензировании в международном журнале. Таким образом, при общем плане по публикациям по теме проекта за первый год его выполнения (2 статьи) была опубликована 1 статья в журнале уровня Q1 и одна статья находится на стадии рецензирования. Поскольку по правилам фонда одна статья в журналах уровня Q1 зачитывается как две, то очевидно, что общий публикационный план на 2023 г. выполнен. По материалам проведённых исследований был сделан пленарный доклад на VII Международной конференции «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (10–16 сентября 2023 г., Екатеринбург–Пермь). Таким образом, все запланированные исследования выполнены на 100%, решён ряд дополнительных задач, создан задел на 2024 г.

 

Публикации

1. Ю.Н. Тойкка, Р.М. Гомила, А. Фронтера, Ю.А. Изотова, В.Ю. Кукушкин, Н.А. Бокач Push-pull and conventional nitriles as halogen bond acceptors in their cocrystals with iodo-substituted perfluorobenzenes Crystal Growth & Design, 23, 8333–8341 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1021/acs.cgd.3c00978

2. Гусак М.Ю., Кинжалов М.А., Фронтера А., Бокач Н.А., Кукушкин В.Ю. Metal-induced Enhancement of Tetrel Bonding. The Case of C···X–IrIII (X = Cl, Br) Tetrel Bond Involving a s-(Carbon)-Hole Donating Methyl Group ChemRxiv, Sep 14, 2023 Version 1 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2023-c118j