Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В первый год реализации научного проекта РНФ № 19-73-00001 "Теоретические исследования нековалентных взаимодействий в химических системах, перспективных для нужд катализа, материаловедения и медицины" наибольший объём работ был сфокусирован на главной цели проекта – теоретических исследованиях нековалентных взаимодействий (изучением их природы и энергетики, качественное и количественное описание данного феномена) в химических системах, перспективных для нужд катализа, материаловедения и медицины (в различных неорганических, органических, металлоорганических и координационных соединениях и супрамолекулярных ассоциатах на их основе). Основные полученные научные результаты: 1) Были теоретически изучены природа и энергетические характеристики нековалентных взаимодействий Br•••Br, отвечающих за супрамолекулярную организацию новых координационных соединений Sb(V): Cat[SbBr6] (Cat = 1,3,4-MePy+, 1,4-MePy+) и Cat2{[SbBr6](Br3)} (Cat = 1,2-MePy+, 1-Et-2-MePy+, 1-Et-4-MePy+), потенциально перспективных для создания инновационных функциональных материалов для нужд электроники и фотовольтаики. 2) Был теоретически изучен феномен наличия галогенных связей X•••O (X = Cl, Br, I) (природа и энергетические характеристики данных нековалентных взаимодействий), ответственных за супрамолекулярную организацию в твёрдой фазе изоструктурных координационных соединений [(Bu4N)2[{Ag(L)(DMF)}2Mo8O26] (L = 3-chloro-, 3-bromo-, 3-iodopyridine), перспективных для нужд материаловедения. 3) Было проведено теоретическое исследование природы и энергетических характеристик редкого типа межмолекулярных водородных связей C(sp2)–H•••Hal, а также слабых межмолекулярных нековалентных взаимодействий N–H•••Ph, ответственных за формирование 1D супрамолекулярных полимерных цепочек в кристалле новых дихлороосазоновых комплексов палладия(II). 4) Природа и энергетика координационных и семикоординационных связей, а также стэкинг-взаимодействий в кристалле комплексных соединений серебра(I) с 8-фенилхинолиновыми лигандами, перспективных в качестве катализаторов различных процессов Csp3–H функционализации, а также различных химических реакций с участием субстратов с С=С и С≡С связями, были изучены посредством квантово-химических расчётов высокого уровня. Различные межмолекулярные взаимодействия в твёрдой фазе были также дополнительно исследованы с помощью анализа поверхностей Хиршфельда для асимметрической единицы в кристалле. 5) Природа и энергетика координационных и семикоординационных связей Ni•••I, галогенных связей и lp•••π взаимодействий в аддуктах плоскоквадратных диоксиматных комплекcов никеля(II) [Ni(bqoxH)2] (bqoxH2 = o-benzoquinonedioxime) с иодом и полииодидными анионами (редокс-активные системы, перспективные для создания инновационных материалов с проводниковыми или полупроводниковыми свойствами) были изучены теоретически с помощью квантово-химических расчётов высокого уровня, а также с помощью специализированного программного пакета CrystalExplorer на базе результатов рентгеноструктурных исследований. 6) Теоретически были изучены природа и энергетика нековалентных взаимодействий I•••I в кристаллах солей производных пиридина с трииодидными анионами CatI3 (Сat =1,2-MePy и 1,2,6-MePy), что даёт понимание о движущих силах супрамолекулярной организации этих систем и открывает возможности для кристаллохимического дизайна на основе данных билдинг-блоков. 7) Было теоретически доказано, что внутримолекулярные водородные связи N–H•••Cl стабилизируют транс-конфигурацию карбенового комплекса палладия(II), который может являться катализатором важнейших органических реакций кросс-сочетания – реакций Сузуки, Хека, Соногаширы и др. Различные межмолекулярные нековалентные взаимодействия в твёрдой фазе были также дополнительно исследованы с помощью анализа поверхностей Хиршфельда для полученной кристаллической структуры этого карбенового комплекса палладия(II). 8) Было теоретически доказано, что квази-циклическая конформация N-ацилмочевин (органических соединений, находящих широкое применение в материаловедении [гели, нанотрубки, нанолисты, полимеры с нелинейными оптическими свойствами], катализе реакций нуклеофильного раскрытия цикла в эпоксидах и фармакологической индустрии [прекурсоры для антидиабетических, противоопухолевых и противовоспалительных препаратов]) определяется внутримолекулярными водородными связями, стабилизированными электронной делокализацией (resonance-assisted hydrogen bonding), в то время как их димеризация в твёрдой фазе происходит за счёт образования межмолекулярных водородных связей N–H•••O и C–H•••O. Природа и энергетические характеристики данных нековалентных взаимодействий были изучены с помощью квантово-химических расчётов высокого уровня. Различные межмолекулярные нековалентные взаимодействия в твёрдой фазе были также дополнительно исследованы с помощью анализа поверхностей Хиршфельда для полученных кристаллических структур N-ацилмочевин. 9) В кристаллической структуре гетеролептических биядерных иодоацетатных комплексов меди(II) с 3-бромпиридином [Cu2(IOAc)4(3-BrPy)2] были обнаружены специфические нековалентные взаимодействия I•••I и Br•••I, ведущие к образованию супрамолекулярных полимеров. Природа и энергетические характеристики данных нековалентных взаимодействий были изучены теоретически с помощью квантово-химических расчётов высокого уровня. 10) Природа и энергетика нековалентных взаимодействий Br•••Br в супрамолекулярной структуре полибромид-бромоантимоната (2,6-BrPy)3[SbBr6]{(Br2)Br}•2H2O (растущий интерес к такого рода галогенидным комплексам p-элементов в значительной степени связан с возможностью их использования в качестве компонентов солнечных батарей так называемого перовскитного типа) были изучены теоретически с помощью квантово-химических расчётов высокого уровня. 11) Изучен механизм и движущие силы, кинетические и термодинамические факторы протекания реакций регио- и стереоселективного циклоприсоединения N-аллил замещённых полициклических производных изоиндол-1,3-диона с нитронами, приводящих к образованию изоксазолидиновых гетероциклов, перспективных для получения фармацевтических препаратов, обладающих ингибирующей активностью против вируса гриппа H1N1. Реакционная способность этих соединений была проинтерпретирована с точки зрения теории граничных молекулярных орбиталей, индексов глобальной электрофильности и нуклеофильности, а также функций Фукуи. Достигнутые научные результаты были представлены на следующих международных научных мероприятиях: 1) 2–6 сентября 2019 г. (Лиссабон, Португалия) - 1st International Conference on Noncovalent Interactions (ICNI 2019) (стендовый доклад на тему: "Theoretical studies of noncovalent interactions in chemical systems promising for catalysis, materials science, and medicine") [https://icni2019.eventos.chemistry.pt/] 2) 9–13 сентября 2019 г. (Санкт-Петербург, Россия) - Mendeleev 2019, the XI International Conference on Chemistry for Young Scientists (пленарный доклад на тему: "Theoretical studies in organometallic and coordination chemistry: reactivity, catalysis, and non-covalent interactions") [http://mendeleev.spbu.ru/] 3) 20–23 октября 2019 г. (Ливерпуль, Великобритания) - Workshop "Dynamic self-assembly and quorum effects in chemistry and biology predicted by non-linear modelling algorithms" (устное выступление на тему: "Computer modeling in organometallic chemistry: reactivity, catalysis, and noncovalent interactions") [http://dysa.itmo.ru/] Таким образом, запланированная работа по проекту РНФ № 19-73-00001 "Теоретические исследования нековалентных взаимодействий в химических системах, перспективных для нужд катализа, материаловедения и медицины" за отчётный период выполнена в полном объеме, и имеет место существенное перевыполнение плана. Все задачи проекта за отчётный период успешно решены. По итогам выполнения проекта за отчётный период было опубликовано 11 статей в ведущих профильных международных научных журналах (Inorg. Chem.; Dalton Trans.; New J. Chem.; Tetrahedron; Inorg. Chim. Acta; J. Organomet. Chem.; J. Mol. Struct.; Коорд. хим.). Результаты проведённых исследований докладывались и обсуждались на международных научных мероприятиях в виде пленарного, устного и стендового докладов.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Во второй год реализации научного проекта РНФ № 19-73-00001 "Теоретические исследования нековалентных взаимодействий в химических системах, перспективных для нужд катализа, материаловедения и медицины" наибольший объём работ был сфокусирован на главной цели проекта – теоретических исследованиях нековалентных взаимодействий (изучение их природы и энергетики, качественное и количественное описание данного феномена) в химических системах, перспективных для нужд катализа, материаловедения и медицины (в различных неорганических, органических, металлоорганических и координационных соединениях и супрамолекулярных ассоциатах на их основе). Основные полученные научные результаты: 1) Была теоретически изучена природа катиона [(2-MeO-5-BrPh)3SbI]+ как перспективного билдинг-блока для супрамолекулярного дизайна материалов на основе галогенных связей, а также потенциального органического катализатора, работающего за счёт нековалентных взаимодействий. 2) Был теоретически изучен феномен галогенных связей с участием галогенированных бензолов и неподелённой электронной пары атома углерода в молекуле изоцианида. Такие нековалентные взаимодействия существенно снижают неприятный запах изоцианидов, что потенциально может облегчать работу с данным реагентами в лаборатории. 3) Были теоретически изучены различные нековалентные взаимодействия галоген...галоген в кристаллах серии галогенированных ароматических дихлородиазадиенов (достаточно редкий класс азо-красителей). Было показано, что за счёт таких нековалентных взаимодействий можно управлять особенностями кристаллической упаковки и супрамолекулярной организацией в твёрдой фазе. 4) Было проведено исследование стабилизации декабромид-аниона {Br10}2− в структуре бромидного комплекса Sb(V) (4-MePyC3)2{[SbBr6]2{Br10}} (4-MePyC3 = 1,1'(пропан-1,3-диил)-бис(4-метилпиридин)-1-иум дикатион) (потенциально перспективное соединение для создания инновационных функциональных материалов для нужд электроники и фотовольтаики). Природа и энергетические характеристики нековалентных взаимодействий Br...Br в данном соединении, отвечающих за супрамолекулярную организацию, были изучены теоретически с помощью квантово-химических расчётов высокого уровня в рамках теории функционала плотности. 5) Было проведено фундаментальное теоретическое исследование идеализированных простейших модельных систем, способных участвовать в формировании таких нековалентных взаимодействий как галогенные связи. Было показано, что во многих случаях общее электростатическое взаимодействие между взаимодействующими частицами может быть дестабилизирующим, и делокализация электронной плотности и эффекты переноса заряда могут быть весьма существенными для стабилизации таких супрамолекулярных систем. 6) Было проведено исследование супрамолекулярных димеров в кристаллической структуре (Z)-1-(((5-флюоропиридин-2-ил)амино)метилен)нафтален-2(1H)-она (вещество с потенциально ценными фотохромными/термохромными, антибактериальными и противоопухолевыми свойствами), связанных за счёт водородных связей C(sp2)-H...F. Природа данных нековалентных взаимодействий была изучена теоретически с помощью квантово-химических расчётов высокого уровня в рамках теории функционала плотности, а также анализа поверхностей Хиршфельда на базе результатов рентгеноструктурных исследований. 7) Было проведено исследование супрамолекулярных 1D полимеров на основе координационных соединений золота(III) (комплекс trans-dibromogold(III)t-Bu-Xantphos). Природа и энергетика нековалентных взаимодействий Au–Br...Br–Au, за счёт которых образуются 1D цепочки в кристаллической фазе, были изучены теоретически с помощью квантово-химических расчётов высокого уровня в рамках теории функционала плотности. Достигнутые научные результаты были представлены на следующих международных научных мероприятиях: 1) 10–11 декабря 2020 г. - First Russian-German Virtual Conference on Interdisciplinary Natural Sciences: An Interactive Online G-RISC Event (устный доклад на тему: "Computer modeling of non-covalent interactions in chemical systems promising for materials science, catalysis and medicine") [https://www.g-risc.org/conferences_workshops/Digital-and-Online-Events/Virtual-Conference-2020.html] 2) 26–27 апреля 2021 г. - Онлайн-симпозиум по вычислительной химии памяти А. А. Грановского (устный доклад на тему: "Computer modeling in organometallic and coordination chemistry: reactivity and non-covalent interactions") [https://chemport.ru/webconference2021/] Таким образом, запланированная работа по проекту РНФ № 19-73-00001 "Теоретические исследования нековалентных взаимодействий в химических системах, перспективных для нужд катализа, материаловедения и медицины" за отчётный период выполнена в полном объеме, и имеет место существенное перевыполнение плана. Все задачи проекта за отчётный период успешно решены. По итогам выполнения проекта за отчётный период было опубликовано 7 статей в ведущих профильных международных научных журналах (Nat. Commun., J. Comput. Chem., Molecules, New J. Chem., J. Coord. Chem., Z. Kristallogr. Cryst. Mater., Журнал структурной химии). Результаты проведённых исследований докладывались и обсуждались на международных научных мероприятиях в виде устных докладов.