Международная группа химиков смогла впервые «связать» органические нити в кристалл. Результаты работы были опубликованы в журнале Science.

Для синтеза «вязаного» кристалла, напоминающего микроскопическую тканную материю, химики использовали не спицы или иглы, а, как им и положено, незамысловатый ряд химических реакций. В качестве строительных блоков они взяли молекулы комплексной соли Cu(PDB)₂(BF₄). В этой молекуле вокруг иона меди располагаются под углом в 57^о друг к другу два фенантролиновых крыла, образующих вместе тетраэдрическую форму. Множество элементов связывались друг с другом с помощью бензидина в тетрагидрофурановом растворителе. Проще говоря, сначала химики создали узлы, а только потом, присоединив узлы друг к другу, получили нити.

Морфология COF-505, полученные с помощью электронной микроскопии. Последнее изображение демонстрирует 3D карту электростатического потенциала кристалла. Иллюстрация: Yuzhong Liu et al., Science, 2016

Получение полимеров из комплексной соли. Бензидин (BZ) присоединяется к альдегидным группам на концах фенантролиновых крыльев, соединяя молекулы Cu(PDB)₂ друг с другом.

Созданный материал, названный COF-505, исследовали с помощью спектроскопии, сканирующей электронной микроскопией и 3D томографией. Отдельные кристаллы приобретали форму сфер с диаметром в 2 микрометра, однако это, как полагали исследователи, было связано со свойствами растворителя, а не самого кристалла. Так как фенантролиновые крылья располагались под углом, нити образовали трехмерную решетчатую структуру, в котором узлы встречались с одинаковой периодичностью — именно это и делало COF-505 кристаллом.

Каждая из органических нитей, состоявшая из ковалентно связанных компонентов, представляла собой спираль. Такая форма удобна для переплетения многих нитей, удерживающихся вместе ионами меди в так называемых «точках регистрации». Исследователи убрали с помощью медь из узлов ткани и изучили физические свойства структуры со свободными нитями, которые могли перемещаться через узлы. Структура вещества стала чуть менее упорядоченной, но его общее строение оставалось прежним. Интересно, что удаление меди было обратимо. И материал, насыщенный ионами металла, возвращался в прежнее состояние.

Получение «вязаных» кристаллов представляет интерес для химиков, поскольку они делают возможным создание молекулярных тканей, которые сочетают необычную упругость, прочность, гибкость, и, главное, химическую изменчивость в одном материале, чем не обладают обычные кристаллы. Кроме того, плетенные кристаллы обладают большой площадью внутренней поверхности и способны реагировать с большим количеством молекул. создание молекулярных тканей. Такие материалы могут применяться в тонких пленках и электронных устройствах.

Автор: Александр Еникеев