Суператомы объединяются в мегамолекулы

Элегантная работа ученых из США пополнила список химических веществ молекулами, состоящими из суператомов. Американским химикам удалось синтезировать псевдомолекулы, содержащие два или три металлических кластера с однозначным составом и строением («ACS Nano Letters», 2016, 16, 8, 5273—5277; doi: 10.1021/acs.nanolett.6b02471). Электрохимическими и иными свойствами этих соединений можно управлять, отсюда возможность их применения в катализе, системах для преобразования энергии и хранения информации.

Кластеры халькогенидов металлов, стабилизированные подходящими лигандами, представляют собой примеры так называемых суператомов — наноразмерных систем, которые хоть и состоят из десятков и более атомов, но с точки зрения электронного строения ведут себя как отдельные атомы. В прошлом суператомы получали, охлаждая пары натрия или алюминия, сравнительно недавно их научились «собирать» с помощью направленного химического синтеза. Как только стало возможным контролировать состав и строение таких суператомов, исследователи начали пытаться получить бо́льшие по размеру структуры — мегамолекулы.

Сначала эти попытки основывались на принципах молекулярного распознавания и самоорганизации с участием межмолекулярных взаимодействий. В новой работе Колина Наколлса и его коллег из Колумбийского университета показано, что суператомы можно объединить в псевдомолекулярные структуры, связав их классическими ковалентными связями. Для демонстрации такой возможности ученые выбрали кластеры селенида кобальта с общим составом Co₆Se₈. Чтобы увеличить устойчивость кобальт-селенидного ядра и позволить ему формировать ковалентные связи, группу Co₆Se₈ стабилизировали карбонильными и фосфиновыми лигандами: общую формулу таких суператомов можно записать как Co₆Se₈ (CO)_x(PR₃)_(6-x).

Исследователи заявляют, что их молекулы характеризуются строго определенным порядком размещения суператомов и электронной конфигурацией, типичной для обыкновенных молекулярных структур из традиционных атомов элементов Периодической системы. Замена ряда карбонильных лигандов (CO) на изоцианидные или фосфиновые фрагменты позволяет контролировать тип и длину мостика, связывающего суператомы, что, в свою очередь, влияет на электрохимические свойства всей молекулы.

Ли Кронин из университета Глазго, также предпринимавший попытки получить псевдомолекулярные системы из суператомных строительных блоков, высоко оценивает работу американских коллег. По его мнению, подобных структур скоро станет больше и они могут оказаться полезными в самых неожиданных областях — вплоть до создания аккумуляторов водорода для двигателей будущего.