Полифункциональные фотохромные и магнитоактивные органические и металлокомплексные соединения для элементной базы молекулярной электроники следующего поколения

Цель научного исследования. Теоретическое и экспериментальное исследование новых полифункциональных гетероструктур и металлокомплексных соединений для элементной базы молекулярной электроники и медицинской химии. Разработка и получение новых хромогенных систем, функционирующих на основе явления фотохромизма. Синтез бистабильных фотохромных гетероциклических молекулярных переключателей, исследование оптических и флуоресцентных свойств полифункциональных фото- и ионохромных хемосенсоров, гетероциклических ESIPT-реагентов и тест-систем на их основе, магнитоактивных металлокомплексных систем, люминофоров. Синтез и исследование биологически активных полифункциональных гетероциклических соединений, обладающих лечебно-диагностическими функциями. Теоретическое квантово-химическое моделирование структуры, спектральных и кинетических характеристик спироциклических и магнитоактивных соединений с целью оптимизации стратегии синтеза. Установление строения вновь синтезированных соединений и изучение их спектрально-люминесцентных, фотофизических и магнетохимических свойств, а также выявление закономерностей обуславливающих связь между молекулярной структурой и спектрально-кинетическими свойствами. Основное направление исследований лаборатории ФОХ ЮНЦ будут выполнены в рамках направления фундаментальных и поисковых исследований - 1.4.1.1. Природы химической связи, реакционной способности, механизмов реакций, физико-химических свойств веществ, в частности исследование «Фундаментальных основ получения новых магнитных, фотохромных, оптических и проводящих соединений, изучение их строения и свойств, а также принципы конструирования функциональных материалов на их основе, включая органические парамагнетики». Актуальность проблемы, предлагаемой к решению * Фотохромизм — это фотоиндуцированное обратимое превращение органических молекул между двумя формами, обладающими различными спектрами поглощения. Благодаря различию оптических и эмиссионных свойств фотохромные соединения используются в устройствах трехмерной оптической памяти, фотопереключателях разных типов, молекулярных логических вентилях, фотофармакологии, биовизуализации и хемосенсорике. Для большинства фотохромных соединений облучение их растворов или твердых веществ приводит к углублению их окраски (положительный фотохромизм). Менее изучены те, которые характеризуются фотоиндуцированным обесцвечиванием (негативным или обратным фотохромизмом): мероцианиновые формы спиропиранов и спирооксазинов, азометинимины, тиоиндигоидные красители и ацилированные кетоенамины. В последнее время их активно используют для создания молекулярных переключателей нового поколения, материалов с новыми свойствами, фотохромных меток для биологических исследований и оптических сенсоров. Это связано с возможностью получения на их основе гибридных структур, способных к детектированию ионов-поллютантов в объектах окружающей среды. Катионы d-металлов (в первую очередь, Fe2+, Cu2+, Zn2+ и Mn2+) относятся к микроэлементам, необходимым для нормального функционирования живых организмов. Однако избыток этих и других ионов представляет серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья человека даже при низких концентрациях. Фторид-анион важен для поддержания здоровой структуры костей и зубов, хотя в больших количествах приводит к развитию флюороза и других опасных заболеваний. Цианид-анионы обладают чрезвычайно высокой физиологической токсичностью, но постоянно присутствуют в окружающей среде из-за широкого использования в золотодобывающей и нефтехимической промышленности. В связи с этим, разработка органических хемосенсоров для экспресс-мониторинга токсичных катионов и анионов в различных образцах представляет собой активно развивающуюся область органической и экологической химии. Основания Шиффа – продукты конденсации аминов с ароматическими или алифатическими карбальдегидами – благодаря своей превосходной координационной способности часто используются в качестве флуоресцентных и колориметрических хемосенсоров для обнаружения различных катионов металлов и анионов. Несмотря на значительный интерес к таким соединениям сведения о бифункциональных хемосенсорных основаниях Шиффа, предназначенных для определения и катионов и анионов, крайне ограниченны. Актуальность тематики обусловлена востребованностью к разработке полистабильных молекулярных органических систем, особенно координационных соединений переходных металлов с магнитным откликом на внешние воздействия, с целью повышения эффективности систем обработки информации.