Ученые РАН исследовали свойства комплексных соединений технеция

Сотрудники лабораторий химии технеция и анализа радиоактивных материалов Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) синтезировали три комплексных соединения технеция и исследовали их структуры. Целью работы было выяснить, как длина углеродного заместителя влияет на нековалентные взаимодействия в кристаллической решетке.

Биохимические и фармакологические свойства соединений технеция представляют большой интерес, так как один из изотопов технеция — технеций-99м, или «медицинский технеций» — является ключевым химическим элементом радиомедицины. Радиофармпрепараты на основе технеция-99м используются более чем в 87 % всех радионуклидных исследований: для функциональной диагностики щитовидной железы, слюнных желез, желудка, мозга, в диагностике новообразований (включая визуализацию опухолей молочной железы), диагностике заболеваний сердечно-сосудистой, кроветворной и центральной нервной системы.

Нековалентные супрамолекулярные взаимодействия в кристалле определяют многие свойства вещества: от структуры кристалла, температуры плавления и магнитных свойств до способности участвовать в метаболизме. Поэтому ученые стремятся понять, как нековалентные взаимодействия возникают, от чего зависят и как можно при синтезе повлиять: сначала на них, а затем через них — на структуру кристалла и свойства материала.

Исходным сырьем в данном исследовании был пертехнетат аммония, в котором технеций находится в степени окисления +7. В результате синтеза во всех случаях технеций был восстановлен до степени окисления +4, и получены три комплексных соединения гексабромотехнетат-аниона (иона, состоящего из центрального атома технеция в степени окисления +4, окруженного шестью атомами брома). Соединения различались органическими катионами на основе имидазолия: в качестве заместителя в амидазольном кольце выступали водород, метильная группа (CH₃) или этильная группа (C₂H₅).

Кристаллографический анализ показал: чем длиннее углеводородный заместитель в катионе, тем больше в кристалле водородных связей, но тем меньше анион-анионных и других типов контактов. Вероятно, соединения с длинными заместителями менее стабильны, предположили ученые.

Было обнаружено четыре типа супрамолекулярных структур для соединений подгруппы марганца, образовавшихся за счет непосредственных контактов анионов друг с другом: димеры, линейные цепи (самый частый случай), зигзагообразные цепи и двумерные сетки.

Анализ электростатического потенциала (распределения заряда внутри молекулы или иона) показал: замена центрального атома (например, технеция на рений) почти не меняет распределение электронной плотности. Но замена внешнего атома (например, переход от гексаброматехнетату к гексахлортехнетату) меняет его сильно, из-за того, что хлор и бром в разной степени притягивают электроны.

Важный результат дала масс-спектрометрия. В масс-спектрах комплексных соединений с гексабромтехнетатами были обнаружены пики, указывающие на наличие кластеров от двух до пяти атомов технеция. При этом положение характерных пиков в масс-спектрах не зависело от природы органического катиона. Полученные масс-спектры можно рассматривать как характерные «отпечатки», указывающие на присутствие галогенидов технеция. Метод позволяет обнаруживать технеций при очень низких концентрациях, вплоть до 1 микрограмма технеция на литр раствора.