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 20-73-00301

НазваниеНовые низкоядерные комплексы серебра(I) и меди(I) с производными 1,2 и 1,3 диазолов как кандидаты для создания светоиспускающих материалов

РуководительТитов Алексей Александрович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2020 - 06.2022 

Конкурс№49 - Конкурс 2020 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, 03-203 - Химия координационных соединений

Ключевые словакомплексы меди(I) и серебра(I), комплексообразование, фотолюминесценция, светоиспускающие материалы

Код ГРНТИ31.17.29


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Создание новых материалов с люминесцентными свойствами является актуальной проблемой. Для ее решения мы предлагаем молекулярные системы на основе комплексов меди(I) и серебра(I) с гетроциклическими лигандами (пиразол, имидазол). Данный класс соединений обладает широкими возможностями для светоиспускания, например, положение эмиссии может контролироваться за счет атома металла или аниона, заместителей в лиганде или дополнительного невалентного взаимодействия с основаниями. С другой стороны, предлагается использовать гетероциклический лиганд, как в недепротонированной NH форме, так и в N замещенной, т.е. координация к атому металла будет осуществляться только за счет неподеленной пары при атоме азота, а диазол небудет выполнять роль мостикового лиганда или противоиона. Наличие протона у атома азота в лигандах подобного типа за счет невалентных взаимодействий с противоионом или соседней молекулой представляется нам достаточно важным, поскольку именно такой тип взаимодействия может позволить дополнительно стабилизировать полученные соединения, а так же проводить тонкую регулировку их свойств. Для создания светоиспускающего комплексов и материалов на их основе с настраиваемыми свойствами, необходимо использовать ресурсы координационной и физической химии, позволяющие установить взаимосвязь «структура – свойство». Анализ данных показал, что простейшие комплексы солей меди(I) и серебра(I) с диазолами слабо представлены, поэтому для успешного выполнения проекта планируется начинать именно с получения данного типа комплексов ([M(Het)X], где М= Cu(I) или Ag(I); Het-замещенные пиразолы или имидазолы; Х-противоион). Будет проведен анализ фотофизических свойств полученных композиций и выявлены факторы, благоприятствующие требуемой эмиссии. В дальнейшем будет проведена модификация гетероциклического лиганда, как за счет хромофорной группы, так и за счет варьирования донорно-акцепторных свойств. Одним из важных факторов стоит отметить необходимость стабилизации возбужденных состояний, что может быть достигнуто за счет ведения фосфорсодержащих лигандов. С другой стороны, введение лигандов, содержащих хромофорные группы может позволить проявить эмиссию двойственной природы, а управлять ее положением возможно будет за счет температуры или длинной волны возбуждающего света. Сочетание факторов, влияющих на супрамолекулярную организацию, и фотофизические свойства откроет возможность направленного получения перспективных светоиспускающих комплексов.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта предполагается провести синтез новых комплексов, получение которых реализуется в мягких условиях. Будет установлена взаимосвязь строения полученных соединений и их фотолюминесценции. Будут изучены механизмы тонкой регулировки свойств за счет атома металла, заместителей в диазоловом лиганде и противоиона. Значительный интерес к химии d10 переходных металлов и современные тенденции развития данного направления, в том числе с точки зрения их фотофизических свойств, свидетельствуют о значимости и оригинальности предложенного нами проекта. Предполагается, что установленные закономерности откроют подход для создания востребованных материалов, способных испускать свет в требуемом спектральном диапазоне. Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, будут опубликованы в высокорейтинговых журналах и представлены на конференциях.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В ходе первого этапа выполнения проекта cинтетические исследования проводились в двух основных направлениях. Предложен синтетический подход к широкому набору комплексов, в которых диазол представлен как в протонированной, так и в депротонированной форме. Модификация пиразола позволяет получать соединения близкие по строению, но проявляющие фотолюминесценцию различной природы. Введение сильной группы люминофора– трифениламина приводит к образованию комплекса, который проявляет флуоресценцию центрированной на лиганде (LC) природы. Модификация за счет введения пиридинового фрагмента приводит к хелатирующему пиразольному лиганду. На примере бис(дифенилфосфин)ферроцена, способного выполнять роль, как мостика, так и хелатирующего лиганда, разработаны подходы к новым пиразолатным комплексам. С помощью квантово-химических расчетов (DFT) проведено моделирование предложенной системы для лиганда DPEphos. Показана возможность образования устойчивого комплекса. TD-DFT расчеты продемонстировали, что в предложенной системе при возбуждении наблюдается укорочение внутримолекулярного расстояния металл-металл и локализация на ней возбужденного электрона (эмиссия центрированная на металле). Данное теоретическое исследование дополнительно подтверждает важность разработанного подхода и открывает возможности к получению новых комплексов пиразолатов металлов 11 группы с фосфорсодержащими основаниями, которые будут эффективно испускать свет в широком спектральном диапазоне. С другой стороны проведение реакции в присутствии основания позволяет получить комплексы в которых пиразолат-анион выполняет роль мостика. Важно отметить необходимость изучения влияния донорно-акцепторных заместителей, а также групп флуорофоров на люминесцентное поведение данных комплексов.

 

Публикации

1. Титов А.А., Смольяков А.Ф., Филиппов О.А. Heterobimetallic Silver(I) and Copper(I) pyrazolates supported with 1,1′-bis(diphenylphosphino)ferrocene Journal of Organometallic Chemistry, Vol. 942, 121813 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2021.121813


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Получен широкий ряд биядерных комплексов меди(I) с мостиковыми пиразолатными лигандами, проявляющих яркую эмиссию в синей области. Варьирование донорно-акцепторных свойств заместителей в пиразоле позволяет управлять не только энергией переходов, но и природой эмиссии. Донорные заместители в пиразолатном лиганде способствуют образованию внутримолекулярных металлофильных взаимодействий, что обуславливает природу эмиссии – центрированная на металле (MC). С другой стороны, увеличение расстояния металл-металл за счет введения акцепторных заместителей в пиразолатный лиганд вносит значительное изменение в испускание. В данном случае, проявляется двойная эмиссия: низкоэнергетическая полоса переноса заряда с металла на фенильные заестители в dppm лиганде и полоса центрированной на металле природы. Ряд полученных биядерных комплексов, а именно содержащих донорные заместители, проявляет TADF эффект, и высокий потенциал для его усиления. Введение группы-флуорофора (трифениламина) позволяет выделять комплексы различного строения. При этом атом металла оказывает важное влияние на строение. В случае меди(I) выделен биядерный заряженный комплекс с мостиковым пиразолатным лигандом, а для серебра(I) получен нейтральный. С другой стороны, донорный трифениламиновый заместитель практически невелирует значение CF3 группы и позволяет возникновению эмиссии металлцентрированной природы. В зависимости от длины волны возбуждения для данных комплексов наблюдается двойная эмиссия. На примере слабых невалентных взаимодействий показана возможность управления фотофизических свойств комплекса. За счет координации трехчленного макроцикла серебра(I) к карбонильной группе изокумаринов происходит образование комплекса состава 1:1. В зависимости от заместителей в изокумарине в твердом состоянии комплексы образуют различную супрамолекулярную упаковку. В кристаллах оба комплекса образуют бесконечные стопки. Заместитель в изокумариновом ядре влияет на тип упаковки. Изокумарин, содержащий атом хлора в 6-м положении, образует координационный полимер типа {AB}∞ с трехчленным пиразолатным макроциклом серебра(I). Напротив, его OMe замещенный аналог образует прочные межмолекулярные водородные связи. В твердом состоянии с макроциклом серебра образуются димеры, которые упаковываются в бесконечные колонны по типу {ABBA}∞. Различия в супрамолекулярной упаковке приводят к существенным отличиям в фотофизическом поведении комплексов в твердом состоянии. Более того, подобные слабые межмолекулярные взаимодействия позволяют проявление эффекта тяжелого атома, что приводит к фосфоресценции. Диазоловые лиганды, способные выступать в роли мостика и противоиона, показали широкий потенциал для комплексообразования с металлами 11 группы. Варьирование заместителей оказывает существенное на природу испускания, не только с точки зрения введения групп-флорофоров, но и внутримолекулярных металлофильных взаимодействий.

 

Публикации

1. Титов А. А., Смольяков А. Ф., Годовиков И. А., Чернядьев А. Ю., Молотков А. П., Логинов Д. А., Филиппов О. А., Белкова Н. В, Шубина Е. С. The role of weak intermolecular interactions in photophysical behavior of isocoumarins on the example of their interaction with cyclic trinuclear silver(I) pyrazolate Inorganica Chimica Acta, 6 Мая 2022, 121004 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.ica.2022.121004

2. А. Титов, О. Филиппов, Е. Шубина Coinage metals pyrazolates adducts: structures and properties Сборник тезисов: XXVIII Международная Чугаевская конференция по координационной химии, с. 127 (год публикации - 2022)


Возможность практического использования результатов
-