Важное для мировой науки исследование провели ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) совместно с коллегами из других научно-исследовательских институтов. Они обнаружили причины стабильности солей и подробно описали выводы в высокорейтинговом журнале «Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering And Materials» (Q2).

Органические кристаллы вызывают активный исследовательский интерес у ученых, потому что широко применяются в разных сферах – от органических полупроводников и компонентов солнечных батарей до медицинской химии. Специалисты исследуют различные свойства кристаллов, одним из актуальных направлений является рассмотрение особенностей распределения электронной плотности. Благодаря этой информации можно прогнозировать физико-химические, фотоэлектрические и другие свойства материалов, в состав которых входят изучаемые молекулярные соединения.

Такая работа стала одним из направлений проекта «На пути к новым гибридным материалам: цифровое моделирование структуры и свойств от атомно-молекулярного уровня до наночастиц», выполняемого сотрудниками Южно-Уральского государственного университета совместно с коллегами из научно-исследовательских институтов РАН.

«Мы первыми в мире изучили экспериментально полученное распределение электронной плотности в кристаллах соли Аппеля, которая служит прекурсором в синтезах стабильных радикалов», – рассказывает руководитель проекта, д.х.н. Екатерина Барташевич.

Для эксперимента к.х.н. Олег Большаков синтезировал качественные монокристаллы, руководствуясь опытом группы д.х.н. Олега Ракитина из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского (ИОХ РАН), занимающейся изучением гетероциклических систем на основе замещенных дитиазолов. Следующим шагом стал сбор рентгенодифракционных данных в условиях непрерывного охлаждения. Трудоемкий эксперимент выполняли Михаил Миняев из ИОХ РАН и Адам Сташ из Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова (ИНЭОС РАН). Для построения достоверных моделей и интерпретации полученных данных использовали мощности Суперкомпьютерного центра ЮУрГУ, в частности, работу проводила к.х.н. Ирина Юшина. Д.ф.-м.н. профессор Владимир Цирельсон, стоящий у истоков научного направления квантовой кристаллографии, разрабатывает теорию, которая позволяет заглянуть на субатомный уровень строения многокомпонентных материалов.

Результатом исследования стал важный вывод: причины стабильности свободно-радикальных солей следует искать на уровне свойств распределения электронной плотности. Они кроются в особенностях формирования химических связей, которые носят многоцентровой характер.

На этом ученые не остановятся, они планируют продолжать исследовательскую работу на уровне моделирования и на уровне экспериментальных исследований структуры и электронных свойств органических кристаллов.

Южно-Уральский государственный университет – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет-2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).