Версия для печати

МАГИЯ СЛАБЫХ СВЯЗЕЙ

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

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.

Иллюстрация, размещенная на обложке журнала Inorganic Chemistry Frontiers.