Органические гомо- и сокристаллы формируются нековалентными взаимодействиями молекул, поэтому их синтез прост, безотходен, не требует больших энергетических затрат, что привлекательно для hi-tech и «зеленых» технологий. Такие твердофазные функционально ориентированные материалы могут использоваться в оптических и оптоэлектронных приложениях, в частности, в нелинейной оптике, в магнетизме и катализе, в качестве хемоиндикаторов и -сенсоров, инструментов доставки лекарств и многих других областях. Сокристализация двух и более компонентов придает материалам новые свойства, отличные от свойств гомокристаллов. Практическая перспектива сокристаллических материалов обусловлена, в частности, уникальным свойством: самосборка сокристаллов с определенным химическим составом и структурой происходит единообразно из раствора и из расплава; характеристики материала полностью восстанавливаются в цикле плавление – кристаллизация. Это важно для разработки практических приложений, поскольку позволяет формировать гомогенную кристаллическую фазу на различных носителях.
Сотрудники Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН совместно с коллегами из Института катализа СО РАН, Института неорганической химии СО РАН и Новосибирского государственного университета на примере сокристаллов моно- и диаминов полифторированных и «функционально оснащенных» производных ароматических соединений с макроциклическим эфиром показали, что небольшое изменение структуры какого-либо из компонентов, например, изъятие хотя бы одного атома фтора из ароматического кольца кардинально влияет на стехиометрию, супрамолекулярную архитектуру и физические характеристики сокристаллов. Близкородственные соединения способны образовывать сокристаллы с соотношением компонентов 1:1, 2:1 и 4:3. Закономерности образования определенных структур изучены квантово-химическими методами, и это позволило ученым найти инструменты дизайна материалов с прогнозируемыми характеристиками.
«Конструирование кристаллических органических материалов для hi-tech приложений требует детального изучения иерархии межмолекулярных взаимодействий в твердой фазе и влияния на них структуры компонентов. Мы применяем традиционный подход органической химии – варьируем какой-либо фрагмент в одном из компонентов будущего сокристалла и отслеживаем эффект на структуру и свойства синтезируемого вещества, - рассказывает главный научный сотрудник лаборатории гетероциклических соединений НИОХ СО РАН д.х.н. Евгений Васильевич Малыхин.
Исследование фундаментальное и междисциплинарное, в нем участвуют ученые из академических институтов и НГУ, аналитические и спектральные измерения частично проводятся в Центре химических исследований с множественным доступом СО РАН, в Научно-образовательном центре REC-008 «Молекулярный дизайн и экологически безопасные технологии» НГУ. «Наш подход - привнесение методов и приемов органической химии в кристаллическую инженерию – синтез сокристаллов с использованием серий структурноподобных соединений, плодотворен для получения нового знания: статьи публикуются в международном журнале первого квартиля CrystEngComm (сообщения кристаллической инженерии), - дополнил Евгений Васильевич».
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/CE/D1CE00530H
Пресс-служба НИОХ СО РАН