МАГИЯ СЛАБЫХ СВЯЗЕЙ
13.12.2021
Коллектив ученых из
Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН,
Санкт-Петербургского государственного университета и Университета Балеарских
островов (Испания) синтезировали и изучили гибридные сокристаллы карбоксилата
палладия с органическими молекулами. Данный тип сокристаллов интересен как
модель для изучения каталитических процессов и перспективен для создания новых,
настраиваемых каталитических систем.
Сокристалл — это
многокомпонентный кристалл, в ячейке которого находятся молекулы двух (или
более) разных веществ. Сокристаллы находят самое широкое применение в качестве
лекарственных препаратов, катализаторов и т.д. Синтез сокристаллов пока еще не вполне предсказуем и требует тщательного
подбора составляющих, а также новых подходов к прогнозированию образования
стабильных сокристаллов.
Результаты исследования
новых сокристаллов прокомментировал один из авторов статьи, доктор химических
наук, ведущий научный сотрудник Лаборатория химии обменных кластеров ИОНХ РАН
Юрий Торубаев: «Перекристаллизация использовалась еще алхимиками для очистки
твердых веществ от примесей. Сейчас же, на волне интереса к слабым
межмолекулярным взаимодействиям, наблюдается обратная тенденция – при получении
новых соединений используется совместная кристаллизации двух или более веществ
с целью получения их смешанного кристаллов – сокристаллов. Мы ищем такие комбинации
металло-комплексов с органическими молекулами, которые могли бы образовывать
сокристаллы, имеющие практическое применение. В основном эти свойства
определяются металло-комплексом, а органическая часть, влияя на упаковку и
электронную структуру комплекса, позволяет производить их тонкую настройку. Другими словами, поскольку металло-комплексы
обладают важными и интересными каталитическими, оптическими и магнитными
свойствами, то слабые межмолекулярные взаимодействия позволяют тонко эти свойства
настраивать, так как они зависят в том числе от строения кристалла.
Ацетат палладия - уже
давно и широко используемый катализатор; помещая его в окружение различных
органических молекул и получая достоверные данные о кристаллической структуре образующихся
кристаллов, мы можем глубже понять механизм катализа на комплексах палладия, и направленно
повлиять на их физико-химические свойства, в частности – на растворимость. В
перспективе это можно использовать для модификации имеющихся и создания новых каталитических
систем.
Методом медленной
диффузии паров растворителей нам удалось получить достаточно нестандартные
системы на основе трехъядерного ацетата палладия и различных перфторорганических
молекул - партнеров в сокристаллизации.
Оригинальность работы состоит
в том, что мы предлагаем управлять свойствами кристаллов комплексов переходных
металлов (которые сейчас активно изучаются многими группами у нас и за рубежом)
за счет введения органических молекул, образующих слабые связи с основным комплексом.
Название «слабые» связи в данном случае никак не принижает их роль, ведь именно
за счет таких слабых связей в принципе существуют все молекулярные кристаллы и функционируют
биологические системы».
В дальнейшем авторы
планируют расширить круг изучаемых типов молекул и взаимодействий между ними,
создать более точные методы предсказания структуры и свойств новых
сокристаллов.
Статья была опубликована
в престижном научном журнале Inorganic
Chemistry Frontiers, а иллюстрация, совместившая в себе треугольный кластер
палладия и алхимическую мистическую символику, подготовленная совместно с
лабораторией дизайна DESIS СПбГУ, украсила обложку номера.
Работа поддержана грантами
Российского научного фонда (№19-13-00338
и №21-73-10030).
Источник:
Y.V. Torubaev, I.V. Skabitsky, A.V. Rozhkov, B.Galmés,
A.Frontera and V.Yu. Kukushkin. «Highly polar stacking interactions wrap inorganics in
organics: lone-pair–π-hole interactions between the PdO4 core and
electron-deficient arenes».
Inorganic Chemistry Frontiers. 2021, 8, 4965-4975.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/qi/d1qi01067k
![(jpg, 39 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=f259bc5e-5a96-422f-9700-23e53f29c9d8)
Карта трехмерного
распределения зарядов молекул. Более отрицательные участки (сине-зеленые) – наиболее вероятные области
для взаимодействия с электрофильными областями органических молекул.
Фрагмент
упаковки гибридного сокристалла ацетата палладия Pd3(CH3COO)6 с органическим компонентом - 1,4-дииод-тетрафторбензолом.
![(jpg, 57 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=c3d105f0-2b5c-4209-8e36-61651f1e3d8f)
Иллюстрация,
размещенная на обложке журнала Inorganic
Chemistry
Frontiers.