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 17-73-20066

НазваниеИодониевые соли: синтез, структура и использование в создании нового поколения материалов для органической электроники, фотоники и плазмоники.

РуководительПостников Павел Сергеевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет", Томская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2020 - 06.2022

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений

Ключевые словаиодониевые соли, аннелированные гетероциклы, ковалентная модификация поверхности, поверхностные свойства, умные материалы, проточные технологии в органическом синтезе

Код ГРНТИ31.21.17 31.21.29 29.19.22

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект посвящен развитию идей и новых концепций применения реагентов на основе гипервалентного иода в органической химии и дизайне новых материалов, заложенных при выполнении первых 3х лет выполнения проекта. Таким образом, проект представляет собой междисциплинарное исследование, посвященное как фундаментальным аспектам синтеза новых реагентов на основе гипервалентного иода, так и их использованию в органической химии и дизайне новых полезных материалов. Вопросы создания материалов с управляемыми и программируемыми поверхностными свойствами представляют собой один из важнейших трендов современной химии и технологии материалов. Вместе с развитием данных технологий у исследователей возникает все больше потребностей в тонком управлении свойствами поверхности, чего, зачастую, не удается достичь использованием традиционных реагентов. При выполнении первых этапов проекта мы предложили удобную альтернативу традиционным реагентам - иодониевые соли, способные к реакции ковалентной модификации поверхностей под действием внешних стимулов (в особенности, света и плазмона). В продолжении наших исследований мы планируем развить методы модификации с использованием данных реагентов и применить их для новых материалов, включая MXены и другие 2D-материалы (например, графен). В рамках данного мы планируем провести и синтез новых гидрофобных и амфифильных наноматериалов с использованием комбинации различных реагентов. Кроме того, мы планируем и дальше совершенствовать методы синтеза новых реагентов на основе соединений гипервалентного иода для дальнейшего использования в органической химии и науках о материалах. Вместе с тем, наши результаты по исследованию плазмонной активации иодониевых солей позволят нам разработать концептуально новые подходы и к их синтетическому применению. Высокая региоселективность гомолиза связей C-I под действием плазмона приведет к созданию ряда новых синтетических методов с использованием плазмон-активных наноматериалов в качестве катализатора. В рамках данного проекта мы планируем создать и новые каталитические системы на основе комбинации соединений гипервалентного иода с светочувствительными структурами (наноразмерными или металлоорганическими). Данное направление развития химии и наук о материалах обладает высокой научной новизной и прикладной значимостью. Трансфер методологии органического синтеза в дизайн новых материалов позволит существенно продвинуться в создании прорывных технологий, а обратный трансфер – создать концептуально новые методы трансформаций (в том числе и высокоселективных) органических молекул. Проект полностью базируется на ранее достигнутых результатах и является закономерным продолжением уже выполненного проекта.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта мы планируем достигнуть следующих результатов: 1. Разработать новые удобные методы модификации поверхности 2D материалов для получения новых полезных материалов с использованием иодониевых солей и диазониевых солей и провести сравнительное исследование свойств и границ применимости полученных материалов. 2D-материалы на сегодняшний день являются одной из наиболее «горячих» тем в силу уникальности свойств и широкой сфере применений. Тем не менее, уже существует запрос со стороны технологии на дальнейшее совершенствование свойств материалов данного типа – например, для применения в качестве конденсаторов большой емкости или материалов для батарей. В рамках данного направления мы планируем разработать ряд методов ковалентной модификации графена (и графеноподобных материалов) и МХенов для продвинутых применений в качестве материалов для электроники и энергосберегающих технологий. Немаловажным результатом будет являться и сама возможность тонкого управления поверхностными функциональными группами на поверхности MXенов, что позволит существенно упростить процедуры дальнейшего получения полезных устройств. Таким образом, предполагаемый результат имеет важное прикладное и фундаментальное значение как в развитии методов ковалентной функционализации 2D-материалов, так и их применения в инновационной экономике. 2. Разработать методы плазмон-инициируемых трансформаций иодоаренов и соответствующих соединений гипервалентного иода для органической химии и использования в дизайне новых материалов. Открытые на первом этапе закономерности протекания реакций плазмонного инициирования органических реакций лягут в основу создания новых методов и подходов трансформации органических веществ. В ходе проекта мы планируем одновременно решить две задачи – с одной стороны, использовать методы плазмонного иницирования гомолиза иодониевых солей для дизайна новых материалов (в том числе, и использовать эффекты пространственной локализации плазмона для селективной модификации), с другой стороны – использовать плазмон-активные наноматериалы для катализа органических превращений с использованием генерирующихся арильных радикалов. В целом, мы считаем, что плазмон-активные материалы могут выступить в качестве более доступной альтернативы традиционным фотокатализаторам в виду явных преимуществ (простоты синтеза наночастиц, их относительной дешевизны и доступности – по сравнению с традиционными металлокомплексами, а также возможности использования видимого света). 3. Разработать новые реагенты, содержащие лиганды на основе поливалентного иода, для каталитических трансформаций органических веществ. Продолжение работ по проекту включает в себя и более традиционные подходы к созданию новых методов трансформации органических веществе под действием света или в условиях электрохимии. Наши наработки в области синтеза гетероциклических N-координированных иоданов позволят создать новый класс реагентов, содержащих как «иодониевый» реакционный центр, так и лигандные группировки для синтеза электро- или фотоактивных комплексов с переходными металлами (в частности, рутением). Во-многом, данный результат позволит получить новые фундаментальные знания о реакционной способности гибридных катализаторов данного типа, что является крайне важной задачей как для химии гипервалентного иода, так и органической химии в целом. На сегодняшний день известно достаточно большое количество реакций подразумевающих использование как реагентов гипервалентного иода, так и фотоактивных комплексов металлов. Однако, в данном случае соединения гипервалентного иода используются в избытке по отношению к субстрату, что серьезно ограничивает применение данных систем в органической химии. На наш взгляд, разработка гибридных бифункциональных каталитических систем позволит существенно продвинуться в данной области. Более того, использование рутения позволит использовать данные системы как в условиях фоторедокс-процессов, так и в электрохимических реакциях. Мы считаем, что данный результат позволит существенно продвинуться в области практического применения соединений гипервалентного иода в катализе. В целом, уровень предполагаемых результатов полностью соответствует современным тенденциям химии и науки о материалах. Междисциплинарный характер исследований, а также весомый научный задел, позволят добиться данных результатов в краткие сроки и представить их научному сообществу в лидирующих журналах.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---