Координационная химия, 2024, № 9
научный журнал
Покупка
Новинка
Тематика:
Химические науки
Издательство:
Наименование: Координационная химия
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 98
Дополнительно
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Российская академия наук КООРДИНАЦИОННАЯ ХИМИЯ Том 50 № 9 2024 Сентябрь Основан в январе 1975 г. Выходит 12 раз в год ISSN: 0132-344Х Журнал издается под руководством Отделения химии и наук о материалах РАН Главный редактор И.Л. ЕРЕМЕНКО Редакционная коллегия Ю.Г. Горбунова, Ю.А. Золотов, Н.Т. Кузнецов, В.Ю. Кукушкин, Б. Левер (Канада), В. Линерт (Австрия), К.А. Лысенко, В.И. Минкин, С.А. Николаевский (ответственный секретарь), Н.Э. Нифантьев, Я. Ридайк (Нидерланды), А.А. Сидоров (заместитель главного редактора), О.Г. Синяшин, А.Ю. Цивадзе, В.Ф. Шульгин, О. Эйзенштейн (Франция) Заведующая редакцией Т.М. Михайлова Адрес редакции: 119991, Москва, Ленинский проспект, 31, ИОНХ им. Н.С. Курнакова РАН, E-mail: coord@igic.ras.ru Редактор номера С.А. Николаевский Москва ФГБУ «Издательство «Наука» ©Российская академия наук, 2024 ©Редколлегия журнала «Координационная химия» (составитель), 2024
СОДЕРЖАНИЕ Том 50, номер 9, 2024 Номер посвящен 70-летию члена-корреспондента РАН Владимира Петровича Федина Развитие химии кластеров, супрамолекулярной химии и химии металл-органических координационных полимеров в научной школе чл.-корр. РАН В. П. Федина М. Н. Соколов, Д. Н. Дыбцев 535 3,6-дипиридил-1,2,4,5-тетразин в синтезе металл-органических координационных полимеров цинка и кадмия с лигандами анилатного типа О. Ю. Трофимова, Д. С. Колеватов, Н. О. Дружков, А. В. Малеева, И. А. Якушев, П. В. Дороватовский, А. В. Пискунов 544 Масштабируемый способ нанесения потенциальных кубитов на поверхность МОКП MOF-808 А. С. Томилов, А. А. Язикова, А. Р. Мельников, К. А. Смирнова, А. С. Порываев, М. В. Федин 557 Кадмий(II)-органические координационные полимеры с полиядерным блоком: контроль размерности и люминесцентный отклик на пиридин В. А. Дубских, А. А. Лысова, Д. Г. Самсоненко, Д. Н. Дыбцев 566 Синтез, кристаллическая структура и магнитные свойства координационных полимеров кобальта(II) с 4,7-ди(1,2,4-триазол-1-ил)-2,1,3-бензотиадиазолом и ароматическими дикарбоновыми кислотами Д. И. Павлов, А. Н. Лавров, Д. Г. Самсоненко, А. С. Потапов 577 Синтез, строение и спектрально-люминесцентные свойства нейтрального трис-комплекса Tb(III) с 4,4,5,5,6,6,6-гептафтор-1-(1-метил-1H-пиразол-4-ил)гексан-1,3-дионом И. В. Тайдаков, М. Т. Метлин, Д. А. Метлина, В. Е. Гончаренко, Т. С. Власова 592 Кластерный иодид рения Re3I9 как прекурсор в синтезе [Re(CO)5I] и ((н-C4H9)4N)2[Re2Cl8] Е. В. Горбачук, М. А. Михайлов, Д. Г. Шевень, М. Н. Соколов, Д. Г. Яхваров 604 Синтез и строение полимерных карбоксилатов кальция А. С. Самулионис, Ю. К. Воронина, С. Н. Мельников, А. С. Гавронова, Д. А. Утепова, Н. В. Гоголева, А. С. Головешкин, Д. С. Ямбулатов, С. А. Николаевский, М. А. Кискин, И. Л. Еременко 613
КООРДИНАЦИОННАЯ ХИМИЯ, 2024, том 50, № 9, с. 535–543 УДК 541.49 РАЗВИТИЕ ХИМИИ КЛАСТЕРОВ, СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ ХИМИИ И ХИМИИ МЕТАЛЛ-ОРГАНИЧЕСКИХ КООРДИНАЦИОННЫХ ПОЛИМЕРОВ В НАУЧНОЙ ШКОЛЕ ЧЛ.-КОРР. РАН В.П. ФЕДИНА © 2024 г. М.Н. Соколов1, *, Д.Н. Дыбцев1, ** 1Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН, Новосибирск, Россия *e-mail: caesar@niic.nsc.ru **e-mail: dan@niic.nsc.ru Поступила в редакцию 12.07.2024 г. После доработки 01.08.2024 г. Принята к публикации 02.08.2024 г. В статье кратко описано становление основных научных направлений, развитых выдающимся ученым — специалистом в области координационной химии, химии кластеров, супрамолекулярной химии и химии металл-органических координационных полимеров, членом-корреспондентом Российской академии наук Владимиром Петровичем Фединым. Ключевые слова: химия кластеров, супрамолекулярная химия, металл-органические координационные полимеры DOI: 10.31857/S0132344X24090017, EDN: LXUZED работе В.П. Федину удалось доказать существование ниобоцена, (С5Н5)2Nb, неуловимого аналога ферроцена [1]. Для этого пришлось освоить технику работы с крайне неустойчивыми соединениями в высоком вакууме и при низких температурах. Ниобоцен оказался крайне реакционноспособным соединением, которое ведет себя то как свободный радикал, то как карбеноподобная частица, а при комнатной температуре димеризуется необычным образом. При этом возникает соединение со связью ниобий–ниобий (схема 1). Путь в науку Владимира Петровича Федина начался с первого курса химфака Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (МГУ), когда он пришел студентом в Лабораторию металлоорганических соединений кафедры органической химии МГУ, чтобы заниматься научной работой в свободное от учебы время. Темой его кандидатской диссертации, выполненной под научным руководством академика А.Н. Несмеянова, в группе Д.А. Леменовского в той же лаборатории, была химия металлоорганических соединений ниобия. В этой 535
СОКОЛОВ, ДЫБЦЕВ Δ Nb Nb Nb H H Схема 1 чем традиционную неорганическую химию, были изучены особенности их реакционной способности. В эту область В.П. Федин привнес много оригинального и даже изящного, например, использование стабильных изотопов тяжелых элементов для отслеживания маршрутов химических превращений [2]. Уже в это время научные доклады молодого научного сотрудника занимают призовые места на институтских конкурсах, и в 1985 г. фотография м.н.с. В.П. Федина помещается на Доску почета ИНХ. После защиты кандидатской диссертации в 1980 г. последовало короткое интермеццо — работа в аналитической лаборатории Института биохимии и физиологии микроорганизмов в г. Пущино. Уже в конце 1981 г. по приглашению тогдашнего директора Института неорганической химии (ИНХ) СО РАН С.П. Губина В.П. Федин переезжает в Новосибирск в качестве м.н.с. Лаборатории химии кластерных соединений, которую тогда возглавлял С.П. Губин, а позднее — В.Е. Федоров. С этого времени вся научная жизнь В.П. Федина тесно связана с Институтом неорганической химии. Обобщением исследований в указанной области стала защита в 1994 г. докторской диссертации на тему "Синтез, строение и химические свойства тио- и селенокомплексов молибдена и вольфрама". Ученики В.П. Федина — О.А. Герасько, Ю.В. Миронов, М.Н. Соколов — сделали свои первые шаги в науке и защитили кандидатские диссертации под его руководством, работая в этой сложной, но плодотворной и интересной области. После защиты докторской диссертации В.П. Федин продолжает работать в области кластерных соединений, в том числе в зарубежных лабораториях профессоров А. Мюллера (ФРГ, стипендия Фонда Гумбольдта), Дж. Сайкса (Великобритания), Т. Саито (Япония, стипендия Японского общества содействия науке). Показательно, что в непростые 1990-е гг. именно кластерная тематика, которую некоторые авторитетные (тогда) сотрудники ИНХ поначалу рассматривали как чужеродную и чуть ли не "еретическую", оказалась очень востребованной нашими зарубежными коллегами и даже "грантопривлекающей". Напротив, некоторые другие тематики ИНХ, к сожалению, не пережили это время, в том числе из-за пресловутого "человеческого фактора". А в том, что кластерная тематика до сих пор является одной из визитных карточек ИНХ, безусловно, есть большая заслуга В.П. Федина. За цикл фундаментальных исследований "Химия кластерных комплексов молибдена, вольфрама и рения" научный коллектив сотрудников ИНХ в составе В.Е. Федорова, В.П. Федина и Ю.В. Миронова в 2015 г. удостоился Премии РАН им. Л.А. Чугаева "за выдающиеся работы в области химии комплексных соединений". Еще во время работы над кандидатской диссертацией, заинтересовавшись соединениями со связями металл–металл, в ИНХ СО РАН В.П. Федин активно включается в работы по новой тематике — химии кластерных соединений. Объектами его научного поиска становятся галогенидные, халькогенидные и халькогалогенидные кластеры ранних переходных металлов — ниобия, молибдена, вольфрама и рения. Первая запись в лабораторном журнале в ИНХ описывает неудачную попытку провести реакцию треугольного кластера Nb3Br8 с анилином. Дело в том, что эти кластерные объекты оказались, почти в прямом смысле, "крепкими орешками", из-за особенностей их кристаллических структур: они представляли собой очень прочные неорганические координационные полимеры, в которых кластерные ядра связаны между собой галогенидными или халькогенидными мостиками. Прорыв в этой области наступил во второй половине 1980-х гг., когда В.П. Фединым были разработаны оригинальные методы "вырезания" молекулярных кластерных комплексов из таких полимеров и их перевода в раствор. Для этого он использовал разные нетрадиционные подходы: реакции в расплаве лиганда, механохимические реакции между твердыми реагентами в вибрационной мельнице и даже радиолиз. А в растворе с помощью филигранных манипуляций, скорее напоминающих органическую, Показательно, что В.П. Федин никогда не замыкался лишь на получении и изучении новых кластерных комплексов. Еще до того, как понятия "аддитивные" и "нанотехнологии" вошли в привычный обиход, он увлекся концепцией дизайна крупных химических структур, сочеКООРДИНАЦИОННАЯ ХИМИЯ № 9 2024 том 50
РАЗВИТИЕ ХИМИИ КЛАСТЕРОВ, СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ ХИМИИ… Предельным развитием такой концепции является конструирование координационных полимеров — непрерывных кристаллических архитектур, построенных на основе кластерных строительных блоков. Так, соединяя халькоцианидные кластеры вольфрама через катионы переходных металлов в трех направлениях, удалось получить каркасные структуры с кубической топологией и чрезвычайно рыхлой упаковкой (рис. 2) [6,7]. Размер полотая полиядерные кластеры и комплексы в качестве строительных блоков — практически как при строительстве зданий из готовых кирпичей. Удалось не только впервые "поженить" классические кластеры и полиядерные оксометаллатные комплексы [3], но и построить нанометровые аддукты, состоящие из нескольких кластерных и полиоксометаллатных субъединиц, содержащих более 50 атомов металлов (рис. 1) [4, 5]. Мо S O Рис. 1. Кристаллические структуры аддуктов {[SiW11O39]2[Mo3S4(H2O)3(OH)]2}10– (слева), {[P2W17O61]2[Mo3S4(H2O)3(OH)]2}14– (в центре) и {[Mo3S4(H2O)5]4[SiW10O36]4}16– (справа). b 0 стей в таких структурах составляет a1 нм, а объемная доля пустот достигает 75% — больше, чем в любом микропористом цеолите! a Мn C, N Владимира Петровича всегда отличал широкий научный кругозор и стремление выйти за рамки одной, пусть даже и интересной, но довольно узкой сферы научной деятельности. Одной из областей, которая неизменно вызывала у него большой интерес, была супрамолекулярная химия, в частности, молекулы с большими внутренними полостями — кавитанды — и их способность включать в эти полости молекулы — "гости" и таким образом влиять на их реакционную способность. Так, в 1998 г. во время краткосрочного визита в лабораторию профессора А. Мюллера в г. Билефельд (ФРГ) В.П. Федин обратил внимание на удивительно красивую и симметричную молекулу — кукурбитурил (рис. 3). Это макроциклическая бочкообразная молекула–кавитанд с двумя порталами, геометрия и полярность которых хорошо соответствовали кластерным аквакомплексам. Сразу родилась оригинальная идея создания Рис. 2. Вид пористого координационного каркаса, построенного с помощью халькоцианидных кластеров [W4Q4(CN)12]6– (Q = S, Te; кластерные фрагменты показаны в виде кубов). КООРДИНАЦИОННАЯ ХИМИЯ № 9 2024 том 50
СОКОЛОВ, ДЫБЦЕВ молекулярных контейнеров путем закрытия одного или обоих порталов "бочки" подходящими по размеру "крышками". Уже первые примеры показали образование устойчивых супрамолекулярных ассоциатов за счет образования системы комплиментарных водородных взаимодействий между порталами кукурбитурила и кластерными аквакомплексами (рис. 4) [8]. Рис. 3. Молекула кукурбитурила С36O36N24O12. S(Se) O Mo(W) S(Se) O Mo(W) N C C N Рис. 4. Супрамолекулярные ассоциаты кукурбитурила с одним (слева) или двумя (справа) кластерными аквакомплексами [M3Q4(H2O)9]4+ (M = Mo, W; Q = S, Se). КООРДИНАЦИОННАЯ ХИМИЯ № 9 2024 том 50
РАЗВИТИЕ ХИМИИ КЛАСТЕРОВ, СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ ХИМИИ… сделало его структурным аналогом интеркалятов слоистых дихалькогенидов ранних переходных металлов (рис. 6) [11]. Высокой оценкой несомненных научных заслуг В.П. Федина в химии кластерных комплексов и супрамолекулярных соединений стало его избрание членом-корреспондентом РАН в 2011 году. "Элегантная" идея В.П. Федина вылилась в большой цикл работ на стыке супрамолекулярной и кластерной химии и привела к защите нескольких кандидатских диссертаций следующим поколением его учеников: И.В. Калининой, Д.Н. Дыбцевым, Д.Г. Самсоненко, Е.В. Чубаровой, Т.В. Митькиной, Е.А. Коваленко, и двух докторских — М.Н. Соколовым и О.А. Герасько. Под это многообещающее направление в 2002 г. в ИНХ СО РАН была организована Лаборатория химии кластерных и супрамолекулярных соединений, которую и возглавил Владимир Петрович. Кукурбитурил оказался не только макроциклическим контейнером, но и уникальным лигандом для конструирования крупных супрамолекулярных агрегатов типа "многопалубных сэндвичей" [9], а также для выделения ранее неизвестных полиядерных аквакомплексов из водных растворов даже в малых концентрациях, подобно 32-ядерному комплексу галлия (рис. 5) [10]. Удивительным образом химия супрамолекулярных ассоциатов кукурбитурила с халькогенидными кластерами нашла пересечение с интеркалятами — соединениями включения на основе слоистых материалов. Дело в том, что в ходе работ были получены две кристаллические структуры, в одной из которых кластерные фрагменты образовали узкий зазор за счет специфических ван-дер-ваальсовых контактов между атомами халькогена. В другом соединении между этими контактами оказался атом ртути, что На рубеже XX–XXI вв. В.П. Федин одним из первых (если не первый!) в России заинтересовался металл-органическими координационными полимерами (МОКП), работы зарубежных коллег по синтезу которых стали появляться в ведущих научных журналах с конца 1990-х годов. На лабораторных литературных семинарах Владимир Петрович начал обращать внимание на работы групп О. Яги, С. Китагавы по синтезу МОКП, которые поражали воображение большими полостями и рекордными адсорбционными характеристиками [12, 13]. Одним из первых объектов, выбранных для изучения, был мезопористый терефталат хрома (III), изза огромных внутренних полостей обладающий способностью включать наноразмерные объекты типа кластеров и полиоксометаллатов, обладающих каталитической активностью [14]. Одновременно с этим стали активно изучаться пористые металл-органические координационные полимеры, обладающие хиральностью (гомохиральные МОКП) (рис. 7) [15]. Это были пионерские работы, целью которых было создание хиральных сорбентов (хиральность появляется за счет использования легкодоступных и дешевых природных энантиочистых веществ) для препаративного разделения смесей энантиомеров [16, 17]. Эти, а также другие исследования были обобщены в кандидатских диссертациях К.А. Коваленко, М.П. Юткина, С.А. Сапченко, а также в докторской диссертации Д.Н. Дыбцева. Признанием лидирующих позиций школы В.П. Федина в области химии МОКП явилось создание в ИНХ СО РАН в 2014 г. тематической лаборатории в рамках престижной программы мегагрантов с участием приглашенного ученого — профессора Мартина Шредера из Великобритании, специалиста мирового уровня, стоявшего у истоков химии МОКП [18]. Профессор М. Шредер с большим энтузиазмом участвовал в работе лаборатории и сотрудничал с В.П. Фединым в рамках мегагранта. Молодые аспиранты лаборатории С.Б. Алиев, А.А. Сапьяник, А.М. Чеплакова впоследствии образовали уже четвертую волну воспитанников В.П. Федина, успешно защитивших кандидатские диссерРис. 5. 32-ядерный аквакомплекс Ga(III), выделенный благодаря образованию супрамолекулярного аддукта с кукурбитурилом. КООРДИНАЦИОННАЯ ХИМИЯ № 9 2024 том 50
СОКОЛОВ, ДЫБЦЕВ Рис. 6. Образование аналогов слоистых дихалькогенидных материалов (сверху) и интеркалятов с атомом ртути (внизу) на основе супрамолекулярных цепочек кукурбитурила и халькогенидных кластерных комплексов. тации под его руководством. В 2016 г. основная команда мегагранта вместе с частью Лаборатории химии кластерных и супрамолекулярных соединений была преобразована в новую структурную единицу ИНХ СО РАН — Лабораторию металл-органических координационных полимеров, которую В.П. Федин возглавляет и по сей день. В этой лаборатории им был сформирован мощный и успешный коллектив, включающий большое число молодых исследователей, которые активно работают в области МОКП и ведут исследования широким фронтом — как Рис. 7. Гомохиральные пористые МОКП с модулируемым размером полостей и структурой хиральных центров. КООРДИНАЦИОННАЯ ХИМИЯ № 9 2024 том 50
РАЗВИТИЕ ХИМИИ КЛАСТЕРОВ, СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ ХИМИИ… в фундаментальном плане [19–22], так и нацеленные на практическое применение МОКП (рис. 8) [23–28]. держании предлагаемых курсов и для того, чтобы студенты получали актуальную информацию в области неорганической химии и смежных научных областях. В.П. Федин был инициатором введения в учебный процесс НГУ координационной химии как самостоятельной дисциплины в качестве общего курса для всех студентов-химиков. Без сомнения, В.П. Федин является ведущим специалистом в этой области химии в России и одной из ключевых фигур на мировом уровне, о чем свидетельствует высочайший уровень научных журналов и цитируемость его публикаций. Международный авторитет В.П. Федина подтверждается плодотворным сотрудничеством с учеными из КНР [29], а также недавней защитой китайским аспирантом Юй Сяолинем кандидатской диссертации под его руководством. При этом ни химия, ни жизнь не стоят на месте, и с учетом огромной эрудиции, обширных научных интересов и редкого умения ощущать "дух времени" в науке нельзя поручиться, что за химией МОКП в жизни юбиляра не последует какой-нибудь новый, не менее плодотворный этап в его многогранной научной деятельности. Научную карьеру В.П. Федина невозможно отделить от преподавательской деятельности и от подготовки кадров высшей квалификации. Из научной школы Владимира Петровича, счет которой идет на десятки, вышли доктора и кандидаты наук; некоторые из них сейчас сами возглавляют лаборатории и развивают свои оригинальные научные направления. Преподавательская деятельность В.П. Федина тесно связана с Новосибирским государственным университетом (НГУ), где он на протяжении уже почти двух десятилетий читает лекции по неорганической химии. В качестве заведующего кафедрой неорганической химии НГУ он много делает для того, чтобы избежать застоя в наборе и соС 2005 по 2019 г. В.П. Федин являлся директором ИНХ им. А.В. Николаева СО РАН и успешно сочетал плодотворную научную деятельность с неослабными усилиями по развитию Института и по его превращению в один из ведущих центров химической науки в Российской Федерации. Для этого была проделана поистине титаническая работа по развитию кадрового потенциала путем привлечения и закрепления талантливой молодежи, развития международного сотрудничества, обновления и расширения приборной базы, повышения качества научных исследований, в том числе качества и количества научных публикаций. Будучи при необходимости жестким и требовательным администратором, В.П. Федин добился того, чтобы службы Института перестали быть "государством в государстве", а действительно помогали научным сотрудникам в решении финансовых, юридических и других вопросов. Отлаженный административный механизм позволил заведующим лабораториями сосредоточиться на решении научных проблем, сведя к минимуму бюрократическую нагрузку на научные подразделения. Вклад В.П. Федина в развитие и организацию химической науки в России был отмечен присуждением ему в 2023 г. почетного звания "Заслуженный дея тель науки Российской Федерации". 1.6 C1H4 1.4 C2H6 C3H8 1.2 1.0 0.8 ClC0 0.6 0.4 0.2 0.00 50 100 150 Dimensionless time, τ 200 300 250 Рис. 8. Разделение компонентов природного газа (метан, этан, пропан) на мезопористом металл-органическом координационном полимере серии NIIC-20. КООРДИНАЦИОННАЯ ХИМИЯ № 9 2024 том 50