Новые 1,2,5-халькогенадиазолы и их анион-радикальные соли для создания функциональных молекулярных материалов – синтез, строение и свойства

Настоящий проект лежит на стыке органической химии и материаловедения. Основная цель проекта – синтез и изучение свойств 1,2,5-халькогенадиазолов и их восстановленный форм – анион-радикалов (АР) в контексте органической электроники и спинтроники. 1,2,5-халькогенадиазолы обладают высоким положительным сродством к электрону, что делает их эффективными акцепторами электрона. Причем при помощи расчетов DFT можно рассчитать сродство к электрону халькогенадиазола и таким образом проводить дизайн наиболее акцепторных гетероциклов.В качестве электроноакцепторной компоненты представитель этого класса гетероциклов - 2,1,3-бензотиадиазол часто применяется в донорно-акцепторных полисопряженных олигомерных материалах в органической электронике: в органических транзисторах и фотовольтаических устройствах. Однако гораздо меньше изучаются свойства халькогенадиазолов в индивидуальном состоянии и их АР. Положительное сродство к электрону означает, что производные АР термодинамически стабильнее нейтральных гетероциклов. Поэтому эти АР являются долгоживущими и их можно выделять в виде термически стабильных солей. Несмотря на то, что в растворе АР халькогенадиазолов регистрировались методом ЭПР ещё в 60х годах, в виде кристаллических солей эти АР были выделены в Новосибирском Институте Органической Химии НИОХ СО РАН только в 2005 году.Концептуально проект включает синтез серии новых халькогенадиазолов, генерирование их АР, выделение АР в виде солей с различными катионами, а также структурную характеризацию всех полученных соединений метом РСА. В дальнейшем предполагается поиск подходов к синтезу гетероспиновых систем с координаций АР к парамагнитному катиону переходного металла (комплекс переходного металла с АР в качестве лиганда). Подобные комплексы до сих пор не известны. В качестве объектов исследования выбраны азабензоаннелированные халькогенадиазолы – халькогенадиазолопиридины, пиразины и пиримидины. Введение атомов азота в шестичленный цикл повышает сродство к электрону и создает дополнительные возможности координации к переходным металлам. Кроме того, предпочтение отдается «тяжелым» халькогенам – селену и теллуру, поскольку соответствующие халькогенадиазолы гораздо меньше изучены, при этом могу привносить дополнительные интересные свойства, такие как сильное спин-орбитальное взаимодействие. Синтетическая и структурная часть исследования выполняется непосредственно аспиранткой НИОХ СО РАН Екатериной Алексеевной Радюш. Затем в сотрудничестве с партнерскими научными коллективами в России и Японии проводится изучение физических свойств полученных соединений: магнитной восприимчивости АР солей и проводимости нейтральных гетероциклов в виде тонких поликристаллических пленок, и теоретическая интерпретация полученных результатов методами квантовой химии (DFT, CSSCF). Таким образом в результате выполнения проекта планируется синтезировать серию азабензоаннелированных 1,2,5-халькогенадиазолов, их АР солей и изучить их проводниковые / магнитные свойства. На основании полученных данных можно оценить перспективы использования халькогенадиазолов и их АР солей для проводников, спинтронных материалов и магнетиков.