ИСТИНА

В работе проведено систематическое исследование различных типов межмолекулярных взаимодействий, отвечающих за проявления практически важных свойств кристаллов (включая физические, магнитные, оптические и другие свойства, определяемые различными физико-химическими методами исследования вещества), при помощи экспериментального распределения электронной плотности (ЭП), получаемого в ходе рентгеноструктурного эксперимента. Отдельное внимание уделено развитию гибридного подхода, основанного на привлечении методов квантовой химии и не требующего рентгенодифракционных данных высокого разрешения, получение которых является основным препятствием на пути внедрения анализа распределения ЭП в стандартную практику кристаллохимических исследований. В результате проведенного исследования анализ экспериментального распределения ЭП, получаемого на основе рентгенодифракционных данных (в том числе стандартно используемых только для установления структуры соединений), предложен в качестве системного подхода для сопоставления вкладов различных типов межмолекулярных взаимодействий и выявления их взаимосвязей с макроскопическими характеристиками кристаллов, определяемыми при помощи различных физико-химических методов исследования вещества. Показано, что даже в присутствии прочных межмолекулярных взаимодействий слабые взаимодействия, наличие которых нельзя предсказать или установить при помощи стандартных методов рентгеноструктурного анализа, в кристаллах различной химической природы могут определять их практически-значимые свойства (физические, оптические, магнитные и другие свойства). Разработан новый способ определения относительной термодинамической устойчивости и/или энергии кристаллической решетки для разных кристаллических форм химического вещества молекулярной или ионной природы на основе рентгенодифракционных данных, который позволил установить важную роль слабых межмолекулярных взаимодействий в определении плотности, в частности, для полиморфов социально-значимого жаропонижающего препарата «парацетамол» и карбоната кальция. На примере серии нонагидратов трифлатов лантаноидов впервые обнаружено, что образование координированной молекулой воды межмолекулярных водородных связей, которое обычно рассматривается в качестве одного из путей уменьшения тушения люминесценции, при участии в них анионов может оказывать прямо противоположный эффект, препятствующий созданию эффективных люминесцентных материалов на основе комплексов лантаноидов. Продемонстрирована принципиальная возможность использования распределения ЭП, получаемого в рентгенодифракционных экспериментах (в том числе стандартного разрешения), в кристаллах магнитоактивных систем для обнаружения слабых межмолекулярных взаимодействий, которые характеризуют спин-спиновый обмен между магнитными центрами и могут быть причиной поведения магнитных материалов, отличного от ожидаемого на основе стандартных структурных данных. Гибридный подход, позволяющий получать распределение электронной плотности в рутинных рентгенодифракционных экспериментах при использовании базы теоретических мультипольных параметров (описывающих деформацию атомов при образовании ими химических связей или межмолекулярных взаимодействий), адаптирован для анализа слабых взаимодействий в кристаллах органических соединений и их солей, органических радикалов и солей металлов. Это позволяет проводить систематический анализ межмолекулярных взаимодействий и обуславливаемых ими макроскопических свойств на основе экспериментального распределения ЭП для классов соединений, для которых такие исследования были ранее недоступны, или в рядах родственных соединений, необходимых для построения прогностических моделей и предсказания свойств новых молекулярных материалов. Распространение этого подхода на широкий ряд солей 1-алкил-3-метилимидазолия позволило разработать простой способ предсказания температуры плавления ионных жидкостей, возможности их существования в жидкокристаллической фазе и ее устойчивости, основанный на знании объемов ионов, образующих эти ионные жидкости. Сформулированы общие принципы получения новых перспективных ионных жидкостей и жидких кристаллов на их основе с заданными температурами плавления и интервалом существования жидкокристаллической фазы.