Молекула соединения содержит девять атомов технеция, объединенных в кольцо; три атома металла находятся в степени окисления +4, а шесть – в степени окисления +4,5. Это первое соединение для химических элементов подгруппы марганца, в котором атом металла находится в степени окисления +4,5, и четвертый пример кластерного соединения с нечетным числом атомов металла для всех металлов. Полученное соединение исследовано методом дифракции рентгеновских лучей, порошковой рентгенографии и ИК-спектроскопии, УФ-спектроскопии и термогравиметрического анализа.
Кольцеобразная структура с девятью атомами технеция была синтезирована сольвотермическим методом из раствора технециевой кислоты в трихлоруксусном ангидриде. При синтезе технеций последовательно восстанавливался из степени окисления +7 до +4; одновременно шаг за шагом наращивалась олигомерная цепочка. После присоединения девятого атома цепочка разорвалась, и кольцо замкнулось.
Соединение продемонстрировало исключительную растворимость в 20 растворителях. Оно устойчиво до 130 С в растворах; при дальнейшем нагревании процессы восстановления протекают дальше и образуются желто-оранжевые кристаллы одновалентного карбонила технеция.
«Кольца с нечетным числом атомов металла — очень интересные соединения. Они встречаются намного реже, чем с четным. Если эти кольца образованы атомом только одного металла, например, технеция, то атомы в нем обязательно находятся в различных степенях окисления, — рассказал один из авторов работы, научный сотрудник лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН, кандидат химических наук Михаил Волков. – Мы получили соединение, определили его структурную формулу, которая теперь внесена в Кэмбриджскую базу данных».
Кольцеобразные комплексные соединения металлов представляют большой интерес для науки, поскольку их уникальная структура позволяет рассматривать их как молекулярные магнетики (металлоорганические комплексные соединения, которые на молекулярном уровне проявляют суперпарамагнитные свойства при температурах, ниже определенной, называемой «блокирующей») или молекулярные холодильники (магнитные вещества, способные поглощать тепло под действием магнитного поля; так называемый магнитокалорический эффект).
Эти замечательные вещества могут найти применение в физике, магнитохимии, материаловедении и в квантовых вычислениях, в том числе для создания элементной базы для устройств памяти. Молекулярные холодильники могут быть использованы как хладагенты при криогенных исследованиях. В биомедицине молекулярные холодильники представляют интерес для терапии раковых заболеваний, поскольку разница температуры между раковой и здоровой клеткой в значительной степени определяет рост опухоли. Молекулярные холодильники могут контролировать температуру отдельной клетки в организме; их задача в данном случае — не допустить повышения температуры клеток и их перехода в раковую форму.
«Наша работа с этим соединением только начинается, — подвел итог Михаил Волков. – Изучать его сложно, в том числе из-за его очень хорошей растворимости. Мы продолжим работу и найдем способ это соединение перекристаллизовать, чтобы лучше изучить его свойства».
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России.