Комплексы переходных металлов с разнородными редокс-активными лигандами как основа новых полифункциональных материалов

Разработка новых полифункциональных молекулярных материалов является одним из интенсивно развивающихся направлений современной химии и наук о материалах и привлекает внимание исследователей по всему миру. Данная область включает в себя как дизайн кластерных и полимерных магнитных материалов, так и синтез исходных моноядерных, биядерных и полиядерных комплексов. Основной целью данного проекта является синтез, исследование молекулярной и кристаллической структуры, физико-химических свойств и редокс-реакций координационных соединений переходных металлов с редокс-активными радикальными органическими лигандами, способных к обратимому изменению своей электронной структуры под действием внешних факторов (температура, электромагнитное излучение). Основными объектами исследования являются смешанно-лигандные о-семихинон-формазанатные комплексы кобальта и марганца. о-Семихиноновые комплексы переходных металлов хорошо зарекомендовали себя в качестве высокоспиновых синтонов для построения молекулярных магнетиков. Для них также были обнаружены такие явления как редокс-изомерия (внутримолекулярный перенос электрона) и спин-кроссовер. Уникальные свойства такого рода комплексов определяются наличием в них помимо иона металла дополнительных магнитных центров, и новых каналов обменного взаимодействия (лиганд-лиганд, металл-лиганд), определяющих основное магнитное состояние комплекса. Возможность внутримолекулярного переноса электрона (заряда) металл-лиганд в таких комплексах определяет их бистабильность (редокс-изомерия, спин-кроссовер). При этом, варьируя природу иона металла, редокс-потенциал о-хинонового лиганда или вводя в координационную сферу металла дополнительные лиганды, можно регулировать основное состояние комплекса и влиять на динамику его превращений. В качестве дополнительных лигандов в данном проекте планируется использовать формазановые лиганды, относящиеся к семейству хелатирующих анионных π-сопряженных N-донорных лигандов. Широкая вариабельность заместителей в положениях 1,3,5 позволяет не только широко варьировать редокс-потенциал формазанового лиганда, но и вводить дополнительные комплексообразующие группы, повыщающие дентатность лиганда и позволяющие получать полиядерные соединения. Долгое время формазаны рассматривались только как анионные N-донорные лиганды. Однако, недавно было показано, что формазаны, находясь в координационной сфере металла, с одной стороны, способны обратимо восстанавливаться с образованием стабильной дианион-радикальной формы а, с другой стороны, подвергаться окислению до формазанильного радикала. Таким образом, формазаны подобно о-хинонам могут выступать в качестве редокс-активных лигандов, что открывает новые возможности для их применения в координационной химии и дизайне магнитоактивных соединений. Формазанаты металлов уже применяются в качестве экологически безопасных красителей, как компоненты оптических регистрирующих сред, фото-, термочувствительные элементы и высокоактивные катализаторы. Комплексы металлов, содержащие одновременно с формазановым другие органические лиганды, пока еще мало изучены. Комбинация в одной молекуле иона переходного металла и двух типов редокс-активных лигандов: о-хинонового и формазанатного позволит получить и исследовать новые редокс-изомерные полиспиновые системы, расширить представления о природе обменных магнитных взаимодействий в смешанно-лигандных комплексах. Планируется также исследовать оптические свойства новых комплексов, в частности, возможность реализации внутримолекулярных процессов переноса электрона металл-лиганд и лиганд-лиганд, а также электропроводящие свойства новых комплексов в различных редокс-состояниях. Полученные в ходе выполнения проекта данные позволят выявить новые полифункциональные редокс-активные координационные соединения кобальта и марганца, перспективные для использования в качестве строительных элементов при разработке новых полифункциональных молекулярных материалов.