Grant/Projek zakończony
Wiązania drugorzędowe w inżynierii kryształu (doktorat)
Identyfikator grantu: PT00958
Kierownik projektu: Jan Alfuth
Politechnika Gdańska
Wydział Chemiczny
Gdańsk
Data otwarcia: 2022-03-09
Data zakończenia: 2023-03-14
Streszczenie projektu
Oddziaływania międzycząsteczkowe (drugorzędowe) w przeciwieństwie do wiązań kowalencyjnych, jonowych czy metalicznych nie odznaczają się dużą energią. Występują one jednak w każdym związku chemicznym i wpływają na jego podstawowe właściwości fizyko-chemiczne, takie jak temperatura topnienia i wrzenia, gęstość, entalpie parowania i skraplania itp. Dzięki nim nawet całkowicie niepolarne cząsteczki mogą występować w stanie ciekłym i stałym.
W ostatnich latach dużą popularność zyskały wiązania halogenowe i chalkogenowe, tzn. tworzone odpowiednio przez atomy halogenów (fluorowców) i chalkogenów (tlenowców). W inżynierii kryształu wykorzystywane są w projektowaniu i syntezie uporządkowanych struktur w ciele stałym (jedno-, dwu- i trójwymiarowych), które znalazły zastosowanie w nowoczesnych materiałach funkcjonalnych, produkcji półprzewodników, ciekłych kryształów i materiałów optoelektronicznych, w katalizie i wielu innych.
Projekt obejmuje głównie związki posiadające zdolność do tworzenia dwóch różnych rodzajów tych oddziaływań, co wynika z ich budowy chemicznej (np. kwasy 2,1,3-benzoselenadiazolokarboksylowe zawierające zarówno silny donor wiązania wodorowego, jak i chalkogenowego).
W procesie badania tego typu związków wykorzystywane są obliczenia kwantowo-chemiczne, aby poznać ich budowę elektronową (rozkład gęstości elektronowej) i ocenić ich zdolność do tworzenia oddziaływań drugorzędowych, a także obliczyć i porównać energie oddziaływań międzycząsteczkowych w różnych konfiguracjach, aby mieć podstawę do przewidzenia, które z wiązań będzie dominować w krysztale. Uzyskane wyniki konfrontuje się z danymi uzyskanymi eksperymentalnie.
W ostatnich latach dużą popularność zyskały wiązania halogenowe i chalkogenowe, tzn. tworzone odpowiednio przez atomy halogenów (fluorowców) i chalkogenów (tlenowców). W inżynierii kryształu wykorzystywane są w projektowaniu i syntezie uporządkowanych struktur w ciele stałym (jedno-, dwu- i trójwymiarowych), które znalazły zastosowanie w nowoczesnych materiałach funkcjonalnych, produkcji półprzewodników, ciekłych kryształów i materiałów optoelektronicznych, w katalizie i wielu innych.
Projekt obejmuje głównie związki posiadające zdolność do tworzenia dwóch różnych rodzajów tych oddziaływań, co wynika z ich budowy chemicznej (np. kwasy 2,1,3-benzoselenadiazolokarboksylowe zawierające zarówno silny donor wiązania wodorowego, jak i chalkogenowego).
W procesie badania tego typu związków wykorzystywane są obliczenia kwantowo-chemiczne, aby poznać ich budowę elektronową (rozkład gęstości elektronowej) i ocenić ich zdolność do tworzenia oddziaływań drugorzędowych, a także obliczyć i porównać energie oddziaływań międzycząsteczkowych w różnych konfiguracjach, aby mieć podstawę do przewidzenia, które z wiązań będzie dominować w krysztale. Uzyskane wyniki konfrontuje się z danymi uzyskanymi eksperymentalnie.
Publikacje
- Jan Alfuth, Olivier Jeannin, Marc Fourmigué, Topochemical, Single-Crystal-to-Single-Crystal [2+2] Photocycloadditions Driven by Chalcogen-Bonding Interactions, Angew. Chem. Int. Ed. 61, (2022) e202206249
- Jan Alfuth, Wykorzystanie wiązań niekowalencyjnych do otrzymywania jedno- i dwuskładnikowych struktur supramolekularnych, rozprawa doktorska, Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny -, (2022) -
- Jan Alfuth, Katarzyna Kazimierczuk, Tadeusz Połoński, Teresa Olszewska, Self-Assembly of Secondary Aryl Amides in Cocrystals with Perfluoroaryl Coformers: Structural Analysis and Synthon Preferences, CrystEngComm -, (2023) -