Будова органічних кристалів на основі аналізу енергій взаємодій між молекулами

Abstract

Дисертація присвячена розробці нового методу вивчення кристалічної будови органічних сполук, яка ґрунтується на аналізі енергій взаємодій між молекулами в кристалі. На серіях модельних кристалів показано, що створений метод досить універсальний і може бути застосований для вивчення кристалічної структури органічних сполук різних типів з точки зору супрамолекулярної хімії (таких, що можуть утворювати декілька близьких за характеристиками міжмолекулярних взаємодій; або таких, що зовсім не утворюють специфічні взаємодії), а також структур макромолекул. Запропоновано спосіб візуалізації розрахованих квантово-хімічними методами енергій парних взаємодій за допомогою енергетично-векторних діаграм. В рамках цього способу аналізуються не абсолютні значення енергій, а їх відносні величини, нормалізовані на відстань між взаємодіючими молекулами та енергію найсильнішої взаємодії в кристалі. Це робить розроблений метод майже незалежною від методу розрахунку енергій. Аналіз участі одного або обох компонентів змішаних кристалів в утворенні базового структурного мотиву дає підстави для їх розділення на сольвати та со-кристали. Показано, що в кристалічній структурі сольватів базовий структурний мотив утворюється тільки одним з компонентів, а в со-кристалах обидва компоненти входять до базового структурного мотиву. Застосування запропонованого методу для аналізу кристалічної структури ряду модельних органічних сполук дозволило виділити різні рівні організації молекулярних кристалів: сильно зв'язані енергетично ланцюжки/колонки або шари як первинні базові структурні мотиви, шари сильно взаємодіючих колонок як вторинні структурні мотиви. Виділення рівнів організації структури створює передумови до класифікації всіх органічних кристалів. У разі неможливості виділення будь-якого структурного мотиву кристал можна класифікувати як ізотропний. Відповідно до типу первинного базового структурного мотиву, кристал може бути колончатим або шаруватим. При існуванні двох рівнів організації (колонок як первинного базового структурного мотиву і шарів як вторинного структурного мотиву) кристал є колончато-шаруватим. Забезпечуючи подальший розвиток теорії синтонів, можна запропонувати їх класифікацію в рамках окремого кристалу відповідно до того, який структурний мотив вони утворюють. Можна виділити базові синтони, що утворюють асоціат молекул як будівельну одиницю кристала; первинні та вторинні, що відповідають за формування відповідного структурного мотиву, та допоміжні, що забезпечують взаємодію між вторинними структурними мотивами.