Настоящий проект направлен на синтез полиароматических (аза)гетероаренов, а также их бор-содержащих производных, для их последующего применения в качестве AIE-форов (AIE- Aggregation Induced Emission – эмиссия вызванная агрегацией) и/или механолюминофоров. В проекте будут синтезированы новые сопряженные или аннелированные полиядерные системы, содержащие в своем составе фрагменты аза- или борсодержащих гетероциклов (акцепторы/флуорофоры), а также ароматические заместители (доноры/AIE-гены). Полученные структуры будут детально исследованы на предмет проявления механолюминесцентных и/или AIE свойств. Для этого синтезированные структуры будут проанализированы по следующим критериям: 1) наличие донорно-акцепторной структуры; 2) наличие высокого внутреннего дипольного момента; 3) неплоская, изогнутая (bended) геометрия, позволяющая избежать тушения фотолюминесценции в твердом состоянии; 4) проявление AIE-эффекта (разгорание фотолюминесценции при повышении концентрации и/или при агрегации); 5) наличие нецентросимметрической кристаллической системы (при кристаллизации); 6) наличие пьезоэлектрического момента и др.
Получение эффективных органических AIE-форов и механолюминофоров позволяет в будущем создавать материалы с перспективными фотофизическими свойствами для устройств органической электроники/фотовольтаики/сенсорики. Достоинством таких материалов является проявление ими интенсивной флуоресценции (как правило, в длинноволновой области) при агрегировании и/или при механическом воздействии. Такие материалы востребованы для нужд медицины (фотодинамическая/фототермическая терапия и биовизулизация), молекулярной электроники (например, пьезодисплеи, механоактивированные источники света), включая специальную технику (например, устройства для криптографии) и других отраслей. Таким образом, исследования в области создания новых AIE-форов и мехнолюминофоров являются актуальными как для фундаментальной, так и для прикладной науки.
Научная новизна проекта заключается в структуре создаваемых донорно-акцепторных молекул, которые будут содержать фрагменты неплоских полиядерных структур, например, карборана, коронена, различных аценов, включая иптицены, а также гели[n]цены. Мы предполагаем, что сопряжение пуш-пульных флуорофоров через такие спейсеры будет чувствительно к приложению механического напряжения в твердом (кристаллическом) состоянии образцов за счет обратимой геометрической деформации длин связей и валентных углов в спейсерах. В результате чего синтезированные соединения могут проявлять механооптические свойства. Кроме того, при агрегировании в таких структурах будет (стерически) затруднена подвижность (вращение и/или вибрация) заместителей, что вызовет уменьшение безызлучательного распада (non-radiative decay) (фотовозбужденного состояния) и, как следствие, будет происходить усиление флуоресценции вследствие явления AIE. Отдельно в этом ряду следует выделить производные гели[n]ценов, которые обладают спиралеобразной структурой. Одной из известных особенностей гелиценовых структур является циркулярно-поляризованная фотолюминесценция, то есть способность таких соединений излучать поляризованный свет. В зависимости от структурного окружения, многие гелицены могут проявлять чрезвычайно высокие показатели поляризации. Таким образом, можно предположить, что испускаемое данными структурами излучение (люминесценция) будет циркулярно-поляризованным. Насколько нам известно, явление циркулярно-поляризованной механо- или триболюминисценции никогда ранее не наблюдалась. Таким образом, возможно создание конкурентного преимущества в данной области, а также в области создания новых AIE-форов и механолюминофоров.
Ожидаемые результаты. В результате выполнения проекта будут получены принципиально новые результаты в области создания органических AIE-форов и механолюминофоров. В проекте будут синтезированы новые донорно-акцепторные молекулы, которые в качестве спейсеров будут содержать фрагменты неплоских полиядерных структур, например, карборана, коронена, различных аценов, включая иптицены, а также гели[n]цены. В качестве доноров будут использованы фрагменты типичных AIE-генов, например, тетрафенилэтиленов, а также другие заместители, которые будут уменьшать безызлучательный распад (non-radiative decay) (фотовозбужденного состояния) и, тем самым, усиливать флуоресценцию вследствие явления AIE. Полученные в проекте экспериментальные результаты будут обольщены и систематизированы, в том числе с помощью расчетных методов, для установления общих закономерностей «структура (AIE-фора или механолюминофора, включая особенности геометрии, природу спейсера, а также природу и положение донорных и акцепторных фрагментов) – свойство (проявляемую соединением фото-, AIE и/или механолюминесценцию)». Для соединений хелиценового ряда нами ожидается проявление циркулярно-поляризованной механо- или триболюминисценции, которая ранее не изучалась. Таким образом, в результате выполнения проекта можно ожидать получения результатов, сопоставимых с мировым уровнем. Практическая значимость результатов заключается прежде всего в востребованности полученных соединений и материалов на их основе для нужд медицины (AIE-форы могут использоваться для биовизуализации, фототермальной и фотодинамической терапии, механолюминофоры могут быть использованы для создания механосенсоров для мониторинга состояния (пациента) в режиме реального времени), молекулярной электроники (OLED-устройства, пьезодисплеи), включая спецтехнику (устройства для криптографии)и др.
Полученные в рамках проекта результаты будут отражены в виде 12 статей в журналах, рецензируемых Scopus/Web of Science, в виде докладов на российских и международных научных конференциях, а также в научно-популярных лекциях для учащихся Базовых школ РАН Свердловской области. По результатам проекта будут созданы 2 объекта интеллектуальной собственности (Патенты РФ).
