ИСТИНА

Одной из важнейших задач, современной науки и техники является повышение скорости компьютерной обработки, сбора и хранения объёма данных. Одним из подходов к решению этой задачи является создание элементов молекулярных (фото)электронных устройств, обладающих высокоинтенсивным поглощением в красной и ближней ИК областях оптического спектра. Развитие новых направлений функциональной молекулярной (фото)электроники предполагает разработку концепций и решение задач в ряде её областей как раздела материаловедения, ориентированного на получение молекулярных структур, обладающих комплексом физических свойств, необходимых для создания устройств, которые преобразуют электрические и оптические воздействия и виды энергии в электрические и оптические сигналы по определенной функции. Это ставит задачу получения материалов и элементов с тонко регулируемыми физическими и физико-химическими свойствами (в том числе оптическими характеристиками). Целевые элементы молекулярной (фото)электроники и материалы на их основе могут быть получены используя различные синтетические подходы, а их оптические свойства можно тонко контролировать посредством направленного структурного дизайна молекул соединений этого типа. Перспективный подход к созданию молекулярных материалов с регулируемыми физическими и физико-химическими (в том числе, оптическими) характеристиками использует набор молекулярных «строительных блоков» как элементов молекулярных конструкторов для т.н. «молекулярной индустрии» элементов молекулярной электроники и фотоники, устройств и материалов на их основе, используя унифицированные синтетические подходы к их получению. Предлагаемые в настоящем проекте стратегии синтеза новых гибридных политопных тетрапирролосодержащих комплексов переходных 3d-металлов, обладающих высокоинтенсивным поглощением в красной и ближней ИК областях оптического диапазона основаны как на оригинальных синтетических подходах, так и на ранее разработанных способах получения клеточных комплексов металлов и их макроциклических тетрапиррольных предшественников. Темплатной реакцией пиразол- и имидазолоксимов на ионах железа, никеля или кобальта(II) как матрице в присутствии фталоцианинатов, порфиразинатов и порфиринатов циркония и гафния(IV) как сшивающих агентов – кислот Льюиса будут получены гибридные фталоцианинато-, порфиразинато- и порфиринатопсевдоклатрохелатные комплексы этих 3d-переходных металлов. Переметаллирование предварительно полученных бор,сурьма- и дисурьмасодержащих трис-диоксиматов железа и кобальта(II) как реакционноспособных макробициклических предшественников под действием порфиразинатов циркония и гафния(IV) как кислот Льюиса будет использовано для получения политопных моно- и бис-порфиразинатоклатрохелатов железа и кобальта(II). Политопные моно- и бис-порфиразинатоклатрохелаты этих ионов 3d-металлов будут также получены темплатной конденсацией без предварительно выделения макробициклических предшественников с лабильными сшивающими группами. Состав, пространственное строение и электронная структура полученных гибридных макрополициклических комплексов 3d-переходных металлов и их предшественников будут установлены с использованием данных элементного анализа, ИК, ЭСП, MALDI-TOF и ЯМР-спектров, а также синхротронных XANES и монокристальных РСА экспериментов. Несмотря на постоянный интерес учёных и специалистов к макрогетероциклическим тетрапиррольным соединениям и к клеточным комплексам переходных металлов, примеры получения соответствующих гибридных комплексов и функциональных материалов на основе этих соединений как молекулярных «строительных блоков» единичны и несистематичны, что обуславливает несомненную актуальность предлагаемого проекта. Гибридные политопные тетрапирролсодержащие комплексы переходных металлов, обладающие интенсивным поглощением в красной и ближней ИК области оптического спектра и ряд их тетрапиррольных предшественников будут синтезированы впервые; для их получения будут предложены и использованы новые синтетические стратегии. Разработанные синтетические подходы и методики будут оригинальными, а предлагаемые исследования носят приоритетный характер и будут определять мировой уровень в ряде областей современной химии. Ожидаемые результаты выполнения настоящего проекта актуальны для современного материаловедения в части создания молекулярных устройств этого типа молекулярной (фото)электроники, а также фундаментальной науки в области координационной, органической, супрамолекулярной химии и химии наноразмерных систем. Такая актуальность определяется широким использованием функциональных материалов, обладающих интенсивным поглощением в красной и ближней ИК областях оптического диапазона в науке, инновационной технике и высокотехнологичной промышленности (включая современную субмикроэлектронику) для разработки новых типов устройств, таких как молекулярные компьютеры и молекулярные логические ячейки. Это может быть использовано для повышения уровня жизни граждан Российской Федерации и развития высокотехнологичных областей её промышленности; актуальность предлагаемой тематики подтверждается её соответствием направлениям Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации: подраздел “Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта”, Перечню критических технологий Российской Федерации: подраздел “Нано-, био-, информационные, когнитивные технологии” и Приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в РФ: подраздел “Индустрия наносистем”.

One of the most important tasks of modern science and technology is to increase the speed of computer processing, collection and storage of the amount of data. One of the approaches to solving this problem is the creation of elements of molecular (photo)electronic devices with high absorption intensity in the red and near-IR regions of the optical spectrum. The development of new areas of functional molecular (photo)electronics involves the development of concepts and the solution of problems in a number of its areas as a branch of materials science focused on obtaining molecular structures with a set of physical properties that are necessary to create devices converting electrical and optical influences and types of energy into electrical and optical signals by a specific function. This sets the problem of obtaining materials and elements with finely controlled physical and physicochemical properties (including optical characteristics). Target elements of molecular (photo)electronics and materials based on them can be obtained using various synthetic approaches, and their optical properties can be finely controlled through the directed structural design of molecular compounds of this type. A promising approach to the creation of molecular materials with controlled physical and physicochemical (including optical) characteristics uses a set of molecular "building blocks" as elements of molecular constructors for the so-called "molecular industry" of elements of molecular electronics and photonics, devices and materials based on them, using unified synthetic approaches to their production. The strategies proposed in this project for the synthesis of new hybrid polytopic tetrapyrrole-containing complexes of transition 3d-metals with high absorption intensity in the red and near-IR regions of the optical range are based on both original synthetic approaches and previously developed methods for obtaining cage metal complexes and their macrocyclic tetrapyrrole precursors. The template reaction of pyrazole- and imidazoloximes on iron, nickel, or cobalt(II) ions as a matrix in the presence of zirconium and hafnium(IV) phthalocyaninates, porphyrazinates and porphyrinates as cross-linking agents – Lewis acids will produce hybrid phthalocyaninato-, porphyrazinato- and porphyrinatopseudoclathrochelate complexes of these 3d-transition metals. Transmetallation of preliminarily obtained iron and cobalt(II) boron,antimony- and bisantimony-containing tris-dioximates as reactive macrobicyclic precursors with zirconium and hafnium(IV) porphyrazinates as Lewis acids will be used to obtain polytopic iron and cobalt (II) mono- and bis-porphyrazinatoclathrochelates. Polytopic mono- and bis-porphyrazinatoclathrochelates of these 3d-metal ions will also be obtained by template condensation without preliminary isolation of macrobicyclic precursors with labile crosslinking groups. The composition, spatial and electronic structure of the obtained hybrid macropolycyclic complexes of 3d-transition metals and their precursors will be determined using elemental analysis data, IR, UV-vis, MALDI-TOF and NMR spectra, as well as synchrotron XANES and single crystal X-ray experiments. Despite the constant interest of scientists and specialists in macroheterocyclic tetrapyrrole compounds and transition metal cage complexes, the examples of obtaining the corresponding hybrid complexes and functional materials based on these compounds as molecular "building blocks" are isolated and unsystematic, which determines the undoubted relevance of the proposed project. Hybrid polytopic tetrapyrrole-containing transition metal complexes with intense absorption in the red and near-IR regions of the optical spectrum and a series of their tetrapyrrole precursors will be synthesized for the first time; to obtain them, new synthetic strategies will be proposed and used. The developed synthetic approaches and methods will be original, and the proposed research is of a priority nature and will determine the world level in a number of areas of modern chemistry. The expected results of the implementation of this project are relevant for modern materials science in terms of creating molecular devices of this type of molecular (photo)electronics, as well as for fundamental science in the field of coordination, organic, supramolecular chemistry and chemistry of nanoscale systems. This relevance is determined by the widespread use of functional materials with intense absorption in the red and near-IR regions of the optical range in science, innovative technology, and high-tech industry (including modern submicroelectronics) for the development of new types of devices, such as molecular computers and molecular logic cells. This can be used to improve the living standards of the citizens of the Russian Federation and the development of high-tech areas of its industry. The relevance of the proposed topic is confirmed by its correspondence to the directions of the Strategy for scientific and technological development of the Russian Federation: subsection "Transition to advanced digital, intelligent production technologies, robotic systems, new materials and design methods, creation of systems for processing large amounts of data, machine learning and artificial intelligence", List of critical technologies of the Russian Federation: subsection “Nano-, bio-, information, cognitive technologies” and the Priority areas of development of science, technology and techniques in the Russian Federation: subsection “Industry of nanosystems”.