Ученые синтезировали и исследовали шесть кристаллических комплексов сурьмы, содержащих в своем составе две гидропероксогруппы (-OOH) при одном атоме сурьмы. Эти гидропероксогруппы участвуют в образовании водородных связей между соседними комплексами и молекулами растворителя, что приводит к появлению в кристаллических соединениях уникальных структурных мотивов. Подобные водородные связи играют важную роль при получении функциональных материалов, которые могут использоваться в металл-ионных аккумуляторах и газовых сенсорах. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Inorganic Chemistry.
Фрагмент кристаллической структуры дигидропероксида триметилсурьмы с двумя типами водородно-связанных мотивов. Источник: Александр Медведев
Гидропероксокомплексы — соединения химических элементов, содержащих гидропероксогруппу (-OOH), — используются как универсальные и экологически безопасные предшественники для получения функциональных материалов на основе оксидов и сульфидов для устройств хранения энергии, газовых сенсоров и катализа. Гидропероксогруппы за счет образования водородных связей обеспечивают осаждение гидропероксокомплексов в виде тонких пленок на подложки различного состава и морфологии. Последующий нагрев или химическая обработка позволяют получить материалы на основе оксидов и сульфидов.
Гидропероксокомплексы также широко используются как окислители органических соединений: в качестве катализаторов в химическом синтезе, а также для утилизации токсичных и опасных веществ. Кроме того, гидропероксокомплексы участвуют в каталитических процессах с участием ферментов в живых клетках.
Несмотря на применение гидропероксокомплексов в различных областях, исследованиям их структуры уделялось мало внимания. Так, на сегодняшний день имеются сведения лишь о нескольких гидропероксокомплексах: бора, кремния, германия, олова и свинца. В большинстве случаев соединения содержат только одну гидропероксогруппу в своем составе. К настоящему времени известен лишь один комплекс, содержащий шесть -OOH у одного атома олова (так называемого координационного центра).
Ученые из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН (Москва) с коллегами синтезировали шесть гидропероксокомплексов сурьмы, используя для этого пероксид водорода высокой концентрации (98%). Избыток пероксида водорода препятствовал образованию мостиковых -О-О- групп вместо -OOH. Полученные соединения стали первыми примерами комплексов, содержащих две гидропероксогруппы у одного координационного центра. Наличие двух гидропероксогрупп позволяет молекулам формировать разнообразные водородные связи как друг с другом, так и с молекулами растворителя, что обеспечивает разнообразие водородно-связанных мотивов.
Авторы проанализировали кристаллическую структуру синтезированных соединений и выявили ряд мотивов, образованных с участием двух и трех гидропероксолигандов, а также обнаружили бесконечные цепи из таких комплексов. Кроме того, исследователи оценили энергии водородных связей с участием -ООН групп, обеспечивающих относительную стабильность исследуемых соединений.
Кроме того, химики исследовали окислительные свойства одного из полученных соединений сурьмы. Комплекс оказался удобным в использовании и эффективным окислителем непредельных углеводородов.
«Мы синтезировали шесть соединений с новыми типами структурных мотивов, образованных за счет водородных связей гидропероксогрупп. Аналогичные связи реализуются при взаимодействии пероксидсодержащих частиц с твердыми подложками при получении функциональных наноматериалов на основе оксидов и сульфидов. Поэтому наши результаты могут помочь в описании механизма образования таких материалов. В дальнейшем мы планируем исследовать биологическую активность полученных соединений, а также синтезировать новые пероксидные соединения других элементов, например висмута», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Медведев, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН.
Также в исследовании приняли участие ученые из Института катализа имени Г.К. Борескова (Новосибирск), Института органической химии имени Н.Д. Зелинского (Москва), Еврейского университета в Иерусалиме (Израиль) и Городского университета Гонконга (Китай).
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда