Аналог известного красителя помог создать новые магнитно-активные соединения Ученые ФИЦ ПХФ и МХ РАН вместе с коллегами из других институтов синтезировали магнитно-активные соединения на основе металлопорфиринов — синтетических молекул, природные аналоги которых обеспечивают фотосинтез растений и перенос кислорода в крови у животных и человека. При соединении металлопорфиринов с органическими красителями, среди которых был синтетический аналог индиго, авторы получили серию координационных комплексов с разным магнитным поведением. Благодаря этому потенциально их можно будет использовать при разработке высокоэффективных, экологичных магнитов и магнитных переключателей в электронных устройствах. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ),
опубликованы в журнале Inorganic Chemistry.
В основе гемоглобина, растительного пигмента хлорофилла, а также ряда ферментов лежат металлопорфирины. Это природные комплексы органических азотсодержащих соединений с металлами. Их синтетические аналоги используются при создании катализаторов, оптических материалов, лекарств и солнечных элементов. Такое многообразие применений объясняется тем, что химические и физические (в частности магнитные и оптические) свойства металлопорфиринов можно «настраивать», меняя металлы в их составе и заместители на периферии органической части комплекса. Тем не менее, ученые ищут новые способы модификации этих молекул, позволяющие как тонко «настраивать» свойства соединений, так и получать комплексы с принципиально новыми характеристиками, потенциально полезные для химии, медицины и техники.
Ранее исследователи из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка) с коллегами синтезировали комплексы на основе двух «сшитых» между собой порфиринов марганца. В качестве «мостиков» для сшивки авторы использовали магнитно-активные органические красители — молекулы, содержащие неспаренные электроны, способные усиливать внешнее магнитное поле и по-разному взаимодействовать между собой.
В новой работе, опираясь на такой подход, химики получили новые магнитно-активные соединения. В этот раз авторы также использовали металлопорфирины с марганцем, но металлы при этом имели разную степень окисления и, соответственно, разную электронную структуру. Один атом имел четыре неспаренных электрона, а другой — пять. В качестве мостика, связывающего два металлопорфирина между собой, исследователи использовали тиоиндиго — синтетический доступный краситель, по структуре похожий на индиго — природное вещество, которое в Индии применяли еще тысячелетия назад для окрашивания тканей. В комплексах марганца молекула тиоиндиго также содержала один неспаренный электрон и была магнитно-активна. Авторы предположили, что «сборка» комплексов из нескольких магнитно-активных «блоков» может повлиять на магнитные свойства конечного соединения.
Эксперименты показали, что при охлаждении до температуры жидкого гелия (-268,9°С) на первый взгляд очень похожие между собой комплексы марганца — они отличались всего лишь поворотом молекулы тиоиндиго относительно порфиринов — ведут себя совершенно по-разному. В одном из комплексов, когда молекулы расположены под углом около 35°, наблюдалось «стандартное» явление, когда неспаренные электроны выстраиваются антипараллельно и «подавляют» друг друга. В комплексе, где угол между молекулами составлял 90°, ситуация была интереснее: неспаренные электроны выстраивались в одном направлении и увеличивали магнитный отклик соединения.
