Развитие методов анализа межатомных взаимодействий в структурах кристаллов

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 проекта 20-73-10250

НазваниеРазвитие методов анализа межатомных взаимодействий в структурах кристаллов

Руководитель Савченков Антон Владимирович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" , Самарская обл

Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-502 - Кристаллохимия

Ключевые слова невалентные взаимодействия, конформация, полиморфизм, механически активные кристаллы, кристаллическая структура, лиганды, координационные соединения, целенаправленный синтез, предсказание структуры, кристаллохимический дизайн

Код ГРНТИ31.15.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Данный проект направлен на разработку и апробацию новых, а также развитие и улучшение существующих методов исследования межатомных взаимодействий в структурах кристаллических веществ. Физико-химические свойства и потенциальная энергия твердых тел напрямую связаны с межатомными взаимодействиями в их структурах. Исследование межатомных взаимодействий традиционно проводится с помощью широко распространенных кристаллохимических и квантовохимических методов анализа. Однако, подробное изучение межатомных взаимодействий во многих важных с точки зрения практического применения химических системах на сегодняшний день не проводилось. С одной стороны, это связано с трудностью применения известных методов для абсолютно любых, включая весьма сложных, систем. С другой стороны, многие известные методы не дают возможности описания всех без исключения невалентных взаимодействий с единых объективных позиций, например, иногда скрывая самые малочисленные взаимодействия, которые, в свою очередь, могут быть чуть ли не самыми значимыми для данного конкретного химического соединения. На сегодняшний день, в кристаллохимии выводы о межатомных взаимодействиях делаются на основании сравнения расстояний между рассматриваемыми атомами с табулированными системами различных радиусов. Практика показывает, что такой подход крайне недостаточен для описания всего имеющегося изобилия химических связей, а также внутри- и межмолекулярных невалентных взаимодействий. Квантовохимические методы получили очень широкое распространение и позволяют решать огромный спектр задач, но, в свою очередь, подразумевают выбор базисов, подходов, расчетных методов и т.д., внося некоторую долю субъективизма в результаты расчетов, что, в определенной степени, затрудняет дальнейшее использование таких результатов. Из всего сказанного вытекает необходимость дальнейшего развития и совершенствования методов анализа межатомных взаимодействий. Эта проблема имеет первостепенное значение для многих областей науки, но в особенности является актуальной для супрамолекулярной химии, ретикулярной химии, химии твердого тела, кристаллохимии, материаловедения, фармацевтики и др. Научная новизна данного проекта заключается в том, что подробное изучение межатомных взаимодействий во многих очень популярных и достаточно важных химических системах на сегодняшний день не проводилось. В ходе проекта предлагается исследование межатомных взаимодействий для текущих чемпионов по количеству структурно изученных полиморфных модификаций, для других полиморфных систем с тремя и более структурно изученными полиморфными модификациями, для кристаллов, обладающих механической активностью под внешними воздействиями, для координационных соединений, как ранее изученных, так и впервые полученных в ходе выполнения данного проекта. Эти объекты были выбраны для апробации разрабатываемых методов кристаллохимического анализа по той причине, что они являются достаточно сложными, малоизученными с точки зрения межатомных взаимодействий и актуальными. Так, одним из самых сложных объектов являются полиморфы с большим количеством структурно изученных модификаций. Во-первых, изменения в таких системах зачастую бывают очень небольшими, поэтому для обнаружения различий необходимы высокочувствительные методы. Во-вторых, среди полиморфных систем есть весьма многочисленные, что препятствует применению трудоемких ручных методов расчета для их изучения. Наконец, многие такие системы являются действующими лекарственными препаратами, что, с одной стороны, повышает значимость текущего проекта, а с другой стороны, подразумевает большое количество имеющихся экспериментальных и теоретических данных и возможность сравнения вновь получаемых результатов. Синтез новых координационных соединений, предполагаемый в ходе данного проекта, обладает неоспоримой научной новизной. Для всех новых соединений будут исследоваться строение методом рентгеноструктурного анализа монокристаллов, ИК-спектроскопические и термогравиметрические характеристики. Публикация данных сведений в научной литературе будет способствовать их более легкой идентификации в дальнейшем. Исследование межатомных взаимодействий в основном предполагается в рамках стереоатомной модели строения кристаллических веществ, которая основывается на построения полиэдров Вороного-Дирихле. С одной стороны, подобный подход уже давно и весьма успешно применяется для кристаллохимического анализа некоторыми исследователями. С другой стороны, этот подход еще не применялся для указанных в данной заявке объектов, что также подчеркивает научную новизну данного проекта. Поскольку такой подход не подразумевает квантовохимических расчетов, а основывается на геометрических расчетах кристаллических структур, он является принципиально новым в применении к указанным объектам и позволит посмотреть на те же объекты и проблемы «свежим взглядом» под другим углом. В случае успешного выполнения проекта его результаты позволят значительно углубить понимание взаимосвязи между составом, строением и свойствами кристаллических веществ, что является одной из заветных целей химической науки. Это, в свою очередь, предполагает возможность целенаправленного получения материалов с заранее заданными свойствами, т.е. возможность перехода к новым передовым функциональным материалам.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Сережкин В.Н., Савченков А.В. Advancing the use of Voronoi–Dirichlet polyhedra to describe interactions in organic molecular crystal structures by the example of galunisertib polymorphs CrystEngComm, V. 23, № 3, P. 562. (год публикации - 2021)
10.1039/d0ce01535k

2. Савченков А.В., Уханов А.С., Григорьев М.С., Федосеев А.М., Пушкин Д.В., Сережкина Л.Б., Сережкин В.Н. Halogen bonding in uranyl and neptunyl trichloroacetates with alkali metals and improved crystal chemical formulae for coordination compounds Dalton Transactions, V. 50, № 12, P. 4210. (год публикации - 2021)
10.1039/d0dt04083e

3. Уханов А.С., Соколова М.Н., Федосеев А.М., Бессонов А.А., Нечаева О.Н., Савченков А.В., Пушкин Д.В. New Complexes of Actinides with Monobromoacetate Ions: Synthesis and Structures ACS Omega, Volume 6, Issue 33, Pages 21485-21490 (год публикации - 2021)
10.1021/acsomega.1c02296

4. Сережкина Л.Б., Григорьев М.С., Рогалева Е.Ф., Сережкин В.Н. Synthesis and Structure of Uranyl Succinate Complex with Isonicotinic Acid and New Polymorph of Uranyl Succinate Monohydrate Radiochemistry, Volume 63, Issue 4, Pages 428-438 (год публикации - 2021)
10.1134/S1066362221040056

5. Сережкин В.Н., Савченков А.В. Features of the conformation of galunisertib molecules in the crystal structures of its solvates CrystEngComm, Volume 23, Issue 47, Pages 8269 - 8275 (год публикации - 2021)
10.1039/D1CE01300A

6. Карасев М.О., Карасева И.Н., Пушкин Д.В. MC n (M = Ga, In, Tl) Coordination Polyhedra in Crystal Structures Russian Journal of Inorganic Chemistry, Volume 66, Issue 11, Pages 1669 - 1681 (год публикации - 2021)
10.1134/S0036023621110115

7. Савченков А.В., Сережкин В.Н. The phenomenon of polymorphism within the stereoatomic model of crystal structures Acta Crystallographica Section A: Foundations and Advances, Volume A77 Supplement, Page C898 (год публикации - 2021)

8. Савченков А.В., Нурмуканова Д.А., Гаева А.И., Вологжанина А.В., Пушкин Д.В. Новые полиморфные модификации кротоната и бутирата уранила XXVIII Международная Чугаевская конференция по Координационной химии. Сборник тезисов., С. 119 (год публикации - 2021)

9. Сережкин В.Н., Ю Л., Савченков А.В. ROY: Using the Method of Molecular Voronoi-Dirichlet Polyhedra to Examine the Fine Features of Conformational Polymorphism Crystal Growth and Design, Volume 22, Issue 11, Pages 6717-6725 (год публикации - 2022)
10.1021/acs.cgd.2c00884

10. Сережкин В.Н., Шимин Н.А., Григорьев М.С., Сережкина Л.Б. Cobalt and Calcium Methacrylatouranylates: Synthesis and Structure Russian Journal of Coordination Chemistry, Vol. 48, No. 9, pp. 579–585 (год публикации - 2022)
10.1134/S1070328422090032

11. Сережкин В.Н., Шимин Н.А., Григорьев М.С., Сережкина Л.Б. Synthesis and Structures of Uranyl Methacrylate Adducts with Diethylacetamide and Dimethylformamide Russian Journal of Physical Chemistry A, Vol. 96, No. 12, pp. 2627–2633 (год публикации - 2022)
10.1134/S0036024422120238

12. Пирожков П.А., Уханов А.С., Савченков А.В. Application of the method for visualization of noncovalent interactions in conformational polymorphs of four organic acids Acta Crystallographica Section B (год публикации - 2023)

13. Карасев М.О., Фомина В.А., Карасева И.Н., Пушкин Д.В. Координационные полиэдры GeCn в структурах кристаллов Журнал физической химии (год публикации - 2023)

14. Савченков А.В., Пирожков П.А. Описание строения кристаллов при помощи полиэдров Вороного-Дирихле на примере высокополиморфных систем Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием «IV Байкальский материаловедческий форум» (1–7 июля 2022 г., Улан-Удэ – оз. Байкал): электронное издание. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, с. 150 (год публикации - 2022)
10.31554-978-5-7925-0619-0-2022-4-689

15. Савченков А.В., Ахмед Э., Кароту Д.П., Наумов П. Voronoi−Dirichlet Analysis of Elastic and Plastic Molecular Crystals Crystal Growth and Design, Volume 23, Issue 9, Pages 6219-6988 (год публикации - 2023)
10.1021/acs.cgd.3c00455

16. Карасев М.О., Фомина В.А., Карасева И.Н., Пушкин Д.В. Кристаллохимическая роль бензоат- и фенилацетат-ионов в структурах координационных соединений 3d-металлов Координационная химия, том 49, № 4, с. 246–256 (год публикации - 2023)
10.31857/S0132344X23700226

Публикации