Цели и задачи

Современный этап развития науки и технологий обуславливает необходимость постоянного поиска новых материалов с улучшенными прикладными свойствами, в том числе обладающих повышенной термической стабильностью. Особенно остро эта проблема стоит в области создания новых органических материалов нелинейной оптики [A. J.-T. Lou, T. J. Marks, Acc. Chem. Res., 2019, 52, 1428-1438; A. Abudurusuli, J. Li, S. Pan, Dalton Trans., 2021, 50, 3155-3160; M. Yahya, Y. Nurat, Z. Seferoglu, Dyes Pigm., 2022, 198, 109960], компонентов сенсибилизированных солнечных ячеек [N. Mariotti, M. Bonomo, L. Fagiolari, N. Barbero, C. Gerbaldi, F. Bella, C. Barolo, Green Chem., 2020, 22, 7168-7218] или устройств хранения информации [L. Zhou, J. Mao, Y. Ren, S.-T. Han, V. A. L. Roy, Y. Zhou, Small, 2018, 14, 1703126]. С точки зрения молекулярного строения таких органических материалов, одним из наиболее перспективных классов соединений являются сопряженные полигетероатомные гетероциклические системы, обладающие повышенной термической стабильностью и способные выступать в качестве транспортных полупроводниковых слоев для солнечных батарей, органических диодов и полевых транзисторов. Однако достижение оптимального баланса физико-химических свойств целевых органических материалов для их возможного применения в качестве полупроводников по-прежнему затруднено из-за ограниченности синтетических подходов к сборке требуемых молекул. Поэтому разработка новых методов конструирования азот-кислородных гетероциклических систем практически важных классов в целях создания новых органических материалов является крайне важной и актуальной задачей, предусмотренной Стратегией НТР Российской Федерации.
Отдельно стоит отметить важность поиска новых высокоэнергетических материалов органической природы в ряду азот-кислородных гетероциклических систем для их возможного применения в военных и гражданских целях [J. Yount, D.G. Piercey, Chem. Rev., 2022, 122, 8809-8840; O. T. O’Sullivan, M. J. Zdilla, Chem. Rev., 2020, 120, 5682-5744]. Традиционные высокоэнергетические материалы зачастую оказываются непригодны для решения новых прорывных задач научно-технологического характера. В первую очередь, это объясняется повышенной чувствительностью наиболее эффективных соединений к механическим воздействиям, а также их несоответствием современным требованиям по энергоэффективности и экологической безопасности. Кроме того, производство высокочувствительных энергоемких веществ неизбежно влечет за собой увеличение техногенных рисков, что недопустимо для развития передовых технологий XXI века. Поэтому поиск оптимального баланса между физико-химическими характеристиками энергоемких веществ и их приемлемой чувствительностью к механическим воздействиям с учетом экологической безопасности методов их синтеза остается актуальным.
Участниками проекта уже много лет проводятся исследования по поиску новых функциональных материалов в ряду азот-кислородных гетероциклических систем. Результаты нашей научной группы, а также других отечественных и зарубежных исследований последнего десятилетия указывают на ряд существенных преимуществ азотсодержащих гетероциклических структур в дизайне новых материалов по сравнению с ациклическими или карбоциклическими молекулярными системами. К числу таких преимуществ относятся, прежде всего, высокая термическая стабильность, возможность стабилизации неспаренного электрона, сбалансированность физико-химических свойств. Такой обширный потенциал органических и гибридных молекулярных систем, построенных на основе азотсодержащих гетероциклов, объясняет их многоцелевое использование в различных наукоемких сферах деятельности. Поэтому разработка новых эффективных подходов к направленному конструированию азот-кислородных гетероциклических систем сохраняет высокую актуальность.
Таким образом, научная значимость предлагаемого проекта состоит в создании малостадийных, селективных и экологически привлекательных подходов к конструированию новых органических функциональных материалов на основе азот-кислородных гетероциклических структур. Значительным преимуществом заявляемого проекта является разработка новых синтетических подходов к функциональным органическим материалам, основанная на синтезе, функционализации и трансформации широкого набора азот-кислородных гетероциклических структур, включая как сравнительно изученные производные 1,2,3- и 1,2,4-триазола, оксадиазола, триазина, так и не описанные ранее гетероциклические системы. Особое значение в ходе выполнения проекта будет придаваться экологичности разрабатываемых методов синтеза, что подтверждается запланированным применением методов органической электрохимии для проведения ключевых стадий окисления с минимальной нагрузкой на окружающую среду. Ключевым достоинством проекта является его междисциплинарная направленность, поскольку все проводимые синтетические исследования в обязательном порядке будут сопровождаться комплексной оценкой прикладных свойств целевых соединений. Для большинства запланированных к синтезу веществ будет проведена оценка термической стабильности, а для высокоэнергетических материалов помимо термоанализа будет проводиться комплексное определение их чувствительности к механическим воздействиям и детонационных параметров.