Компьютерное моделирование строения и магнитных свойств комплексов кобальта и железа с о-бензохинонами, функционализированными органическими радикалами

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 19-73-00090

НазваниеКомпьютерное моделирование строения и магнитных свойств комплексов кобальта и железа с о-бензохинонами, функционализированными органическими радикалами

Руководитель Старикова Алёна Андреевна, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" , Ростовская обл

Конкурс №40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-501 - Квантовая химия, математические методы в химии

Ключевые слова Квантово-химические расчеты, координационные соединения, переходные металлы, редокс-активные лиганды, тетраазамакроциклические лиганды, стабильные радикалы, магнитные свойства, спин-кроссовер, валентная таутомерия

Код ГРНТИ31.15.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Разработка элементной базы устройств молекулярной электроники и спинтроники диктует необходимость создания принципиально новых материалов. Перспективным направлением при переходе к субнаноразмерному масштабу является использование в качестве структурных единиц изолированных молекул, например, комплексов переходных металлов с открытой электронной оболочкой, демонстрирующих вариабельность магнитных свойств в зависимости от приложенных внешних воздействий. В результате планируемого квантово-химического исследования будут предсказаны новые координационные соединения, способные к изменению магнитных характеристик посредством реализации спиновых переходов (спин-кроссовера, валентной таутомерии) и обменных взаимодействий. Наличие радикальной группы в редокс-активном лиганде будет обеспечивать парамагнетизм молекул во всех состояниях и приведет к расширению области применения данных комплексов. Дополнительную актуальность настоящему теоретическому исследованию придает установление роли заместителей во вспомогательных (тетраазамакроциклических) лигандах и типа радикала в обменных взаимодействиях. Основной задачей проекта является компьютерный поиск моноядерных комплексов переходных металлов с производными о-бензохинона, магнитные свойства которых варьируются в результате реализации механизмов спин-кроссовера, валентной таутомерии, а также обменных взаимодействий. Один из распространенных подходов к построению магнитно-активных соединений заключается в формировании катионного комплекса переходного металла, включающего тетрадентатное макроциклическое основание с донорными атомами азота и редокс-активный (как правило, о-бензохиноновый) лиганд. С целью нахождения систем данного типа, проявляющих парамагнитные свойства во всех состояниях, впервые планируется выполнить систематическое квантово-химическое изучение серий комплексов кобальта и железа, в которых варьируются природа тетраазамакроциклических лигандов (N,N'-диалкил-2,11-диаза[3.3]-(2,6)пиридинофаны, трис(2-пиридилметил)амины), заместители в них (H, Me, Et, i-Pr, t-Bu), а также радикальные группы (нитронилнитроксил, (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ил)оксил, вердазил, дитиадиазолил) в о-хиноне и способ их присоединения к редокс-фрагменту (непосредственное внедрение или через спейсеры). Ожидается, что всестороннее теоретическое изучение электронного и пространственного строения таких соединений приведет к обнаружению молекул, магнитные характеристики которых удовлетворяют требованиям, предъявляемым к кандидатам для дизайна молекулярных магнитов, переключателей или спиновых кубитов. Посредством расчета электронейтральных систем наиболее перспективных комплексов планируется установить роль противоионов в стабилизации различных электронных состояний, предсказать относительную устойчивость электромеров, в том числе с учетом обменных взаимодействий.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Старикова А.А., Чегерев М.Г., Стариков А.Г. Mononuclear Cobalt and Iron o-Quinone Complexes with Tetradentate N-Donor Bases: Structures and Properties Russian Journal of Coordination Chemistry, V. 46, N. 3, P. 193–213 (год публикации - 2020)
10.1134/S1070328420030070

2. Минкин В.И., Старикова А.А., Чегерев М.Г., Стариков А.Г. Computer Simulation of the Structure and Magnetic Properties of Cobalt Complexes with N-Substituted Pyridinophanes and Radical-Functionalized o-Benzoquinones Russian Journal of Coordination Chemistry, V. 46, N. 6, P. 371–378 (год публикации - 2020)
10.1134/S1070328420060068

3. Грэнбери Г.K., Ливсэй Б.Н., Янецки Дж.T., Хэй M.A., Гэйбл Р.В., Шорс M.П., Старикова A., Боскович C. Understanding the Origin of One- or Two-Step Valence Tautomeric Transitions in Bis(dioxolene)-Bridged Dinuclear Cobalt Complexes Journal of the American Chemical Society, V. 142, N. 24, P. 10692–10704 (год публикации - 2020)
10.1021/jacs.0c01073

4. Старикова A.A., Чегерев M.Г., Стариков A.Г. Computational insight into magnetic behaviour of cobalt tris(2-pyridylmethyl)amine complexes with dioxolenes incorporating stable radicals Chemical Physics Letters, Vol. 762, P. 138128 (год публикации - 2021)
10.1016/j.cplett.2020.138128

5. Минкин В.И., Старикова А.А., Чегерев М.Г., Стариков А.Г. Electronic structure and magnetic properties of pyridinophane complexes of iron with radical-bearing catecholates: a quantum-chemical study Russian Chemical Bulletin (год публикации - 2021)

Публикации