КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 22-13-00064

НазваниеСупрамолекулярные устройства и машины, использующие свет как источник энергии, на основе непредельных и макроциклических соединений.

РуководительГромов Сергей Пантелеймонович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук", г Москва

Годы выполнения при поддержке РНФ 2022 - 2024 

КонкурсКонкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-405 - Наноструктуры и кластеры. Супрамолекулярная химия. Коллоидные системы.

Ключевые словасупрамолекулярная химия, органический синтез, непредельные соединения, краун-соединения, кукурбитурилы, самосборка, супрамолекулярные устройства, супрамолекулярные машины, фотохимия, супрамолекулярные методы управления

Код ГРНТИ31.21.27


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Предлагаемый проект относится к области супрамолекулярной химии. В настоящее время актуальной является научная проблема создания разнообразных супрамолекулярных устройств и машин, использующих свет как источник энергии, на основе ограниченного числа непредельных и макроциклических соединений и разработки супрамолекулярных методов самосборки и управления их свойствами, обеспечивающих реализацию основных типов фотопроцессов, что в перспективе позволит рассчитывать на создание иерархических “умных” фотоактивных и сенсорных материалов для практических применений. В рамках проекта будет проведено обстоятельное исследование основных типов фотопроцессов - люминесценции, переноса заряда, переноса энергии, геометрической фотоизомеризации, реакции [2 + 2]-фотоциклоприсоединения ([2 + 2]-ФЦП), механизмов и интермедиатов фотохимических реакций (триплетных состояний, эксиплексов, радикалов) в супрамолекулярных структурах на основе непредельных соединений, краун-соединений и кукурбитурилов для выявления наиболее эффективных способов супрамолекулярного управления этими процессами. В качестве объектов исследования выбраны наиболее характерные и в тоже время неописанные ранее супрамолекулярные системы на основе ключевых типов непредельных (полиметиновых) соединений, краун-соединений и кукурбитурилов, способных благодаря наличию аммониоалкильных, сульфонатоалкильных заместителей и (или) (аза)краун-эфирных фрагментов, полостей и карбонильных групп порталов кукурбитурилов к самосборке в отсутствии или в присутствии катионов металлов. Это производные стириловых и цианиновых красителей, кетоцианиновых красителей (кросс-сопряженных диенонов), дистирилбензолов и их гетероаналогов пиридинового ряда, производных стильбена и азобензола, виологенов и их аналогов. Эффективность связывания компонентов супрамолекулярного комплекса в результате реакций фотоизомеризации, [2 + 2]-ФЦП, переноса электрона может изменяться, что даст возможность исследовать неописанные ранее типы фотопереключаемых супрамолекулярных устройств. В псевдоротаксановых комплексах, которые будут получены в рамках проекта, молекулы кукурбит[n]урилов должны обладать способностью механически перемещаться/скользить относительно молекулы непредельного соединения, что позволит создать новые фотоуправляемые супрамолекулярные машины челночного типа. Изменение люминесцентных характеристик молекул в результате образования супрамолекулярных комплексов даст возможность сконструировать новые оптические супрамолекулярные сенсоры. Детальный анализ пространственного строения фотоактивных супрамолекулярных систем будет выполнен методами ЯМР-спектроскопии в растворах и рентгеноструктурного анализа в кристаллическом состоянии, а также дополнен квантово-химическими расчетами, результаты которых позволят оценить энергетику их самосборки и синергетические эффекты разных типов супрамолекулярных взаимодействий (водородных связей, ион-дипольных взаимодействий с катионами металлов, стэкинг- и гидрофобных взаимодействий). Квантовые выходы люминесценции, фотоизомеризации и реакции [2 + 2]-ФЦП супрамолекулярных комплексов будут измерены методами электронной спектроскопии. Регио- и стереоселективность [2 + 2]-ФЦП предполагается исследовать методами ЯМР и РСА. Промежуточные короткоживущие продукты фотореакций будут исследованы методами моно и 2-х импульсного фотовозбуждения и кинетической спектроскопии. Предполагается также систематическое исследование термодинамики самосборки непредельных и макроциклических соединений в фотоактивные супрамолекулярные комплексы различных типов. Молекулярный дизайн новых фотопереключаемых супрамолекулярных устройств и фотоуправляемых супрамолекулярных машин на основе непредельных и макроциклических соединений будет осуществлен с использованием эвристических подходов, методологии супрамолекулярного конструктора и методов компьютерного моделирования на разных уровнях теории. Следует отметить, что указанный полный цикл исследований, включающий высококвалифицированный синтез, качественные спектроскопические и структурные исследования, не может быть осуществлен одними и теми же специалистами. Поэтому сотрудничество специалистов в области супрамолекулярной химии, органического синтеза и фотохимии является необходимым для выполнения проекта, направленного на создание фотопереключаемых супрамолекулярных устройств и фотоуправляемых супрамолекулярных машин, не имеющих аналогов в мире.

Ожидаемые результаты
Будут созданы фотопереключаемые супрамолекулярные устройства и фотоуправляемые машины на основе непредельных и макроциклических соединений, не имеющие аналогов в мире, и разработаны новые способы супрамолекулярного управления (посредством сочетания различных типов водородных связей, комплексообразования с ионами металлов, стэкинг- и гидрофобных взаимодействий) протекающими в них разнообразными фотопроцессами, такими как люминесценция, перенос заряда, перенос энергии, обратимые реакции геометрической фотоизомеризации и [2 + 2]-ФЦП, что позволит выйти на получение иерархических “умных” фотоактивных и сенсорных материалов для практических применений. Запланированные исследования позволят получить значимые результаты мирового уровня, качественно изменяющие современные представления о природе, структуре и закономерностях супрамолекулярных методов управления оптическими, люминесцентными и фотохимическими свойствами супрамолекулярных структур, в области разработки фотоактивных супрамолекулярных устройств и машин на основе непредельных и макроциклических соединений, раскрыть значительные их преимущества и возможности, которые до настоящего времени все еще остаются нереализованными. Результаты проведенных исследований будут опубликованы в виде серии статей в высокорейтинговых международных и российских журналах, представлены на научных международных и российских конференциях, будут регулярно сообщаться РНФ в форме отчетов. Будут поданы заявки на получение патентов. Будет обеспечено участие в данном проекте молодых ученых, студентов и аспирантов из Центра фотохимии РАН ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН, Института проблем химической физики РАН, Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова и Московского физико-технического института (МФТИ). За весь период выполнения проекта будут защищены 2 кандидатских и не менее 2 дипломных работ. Наиболее важные результаты будут включены в курсы лекций для студентов и аспирантов в Центре фотохимии РАН ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН, на химическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова и в Московском физико-техническом институте. Эффективному взаимодействию между участниками проекта способствует тот факт, что большинство из них ранее уже проводили совместные исследования. Реализация проекта укрепит в еще большей степени взаимодействие участников проекта из Центра фотохимии РАН ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН, Института проблем химической физики РАН, Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова и Московского физико-технического института.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ