Химики РУДН создали первые люминесцентные соединения из силиконов и лантаноидов

Химики получили силсесквиоксаны на основе тербия и европия — металлов из группы лантаноидов. Лантаноиды важны тем, что их соединения проявляют интересные магнитные свойства (например, для создания контрастных агентов в медицинской диагностике) и оптические свойства (на основе лантаноидов могут быть созданы электролюминесцентные устройства). Однако эти интересные свойства никогда не изучались на примере каркасных силсесквиоксанов, содержащих атомы лантаноидов. Полученные химиками силсесквиоксаны обладают необычной структурой, не похожей на ранее известные типы металлосилсесквиоксанов — их каркас напоминает призму, в центре которой располагаются четыре атома лантаноида. Этот центральный слой координируют два циклических силсесквиоксановых фрагмента, молекулы растворителей и органические (фосфор- или азотсодержащие) катионы. Важно, что синтезированные соединения тербия — первые примеры силсесквиоксанов, содержащих этот металл.

«До сих пор были известны только два типа лантаноидных CLMS, строение которых было доказано рентгеноструктурными исследованиями. В первом случае это кубановые силоксановые каркасы, содержащие в одной вершине такого куба атомы лантаноидов. Второй тип — „сэндвичи“ из двух силоксановых фрагментов, между которыми „зажат“ центральный пояс с ионами лантаноидов и щелочных металлов. Эти соединения рассматривались только как интересные структуры и модели каталитических систем. Их оптические и магнитные свойства никогда не изучались», — рассказывает один из исследователей, заместитель директора объединенного института химических исследований РУДН Алексей Биляченко.

Химики получили новые соединения по двухстадийной реакции. На первой стадии синтезировали реакционноспособное вещество — фенилсилоксанолят натрия. На второй стадии это соединение в присутствии органических катионов образовывает упорядоченную структуру с атомами лантаноидов — проходила реакция «самосборки». С помощью рентгеноструктурного анализа была установлена структура продуктов. Четырехзвенные силоксановые циклы, входящие в состав каркасов, раньше встречались только в двух структурах CLMS — каркасах на основе титана и кобальта — и никогда прежде для любых других металлов.

С помощью магнетометра были впервые детально изучены магнитные свойства лантанидсилсесквиоксанов. Оказалось, например, что одно из соединений (комплекс с тербием) демонстрирует магнитный фазовый эффект, когда антиферромагнетик становится ферромагнетиком.

Чтобы изучить оптические свойства соединений, ученые подвергали их фотовозбуждению при воздействии ультрафиолета или видимого (синего) света. Соединения демонстрируют характерную люминесценцию — красное свечение для соединений европия и зеленое для соединений тербия. Таким образом, новые соединения оказались первыми примерами CLMS с детально изученными магнитными и люминесцентными свойствами.

Результаты опубликованы в Chemistry — A European Journal.