Рубрика: Научные публикации ФИЦ ПХФ и МХ РАН

В физике конденсированного состояния уже никого не удивишь тем, что лёгкие органические молекулы могут давать не менее сложную электронную картину, чем традиционные неорганика. Особенно это касается соединений на основе BEDT-TTF, образующих квазидвумерные металлические слои. Меняя анионный слой (скажем, заменяя группу (SCN)₂Br), прикладывая давление или магнитное поле, можно управлять электронными состояниями — от обычного металла до изолятора Мотта и даже сверхпроводника.

Недавно в Physical Review B вышла работа коллектива ученых из Черноголовки нескольких институтов РАН (Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау, Институт физики твердого тела и Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии), в которой сообщается об удивительном эффекте в соединении κ-(BEDT-TTF)₂Hg(SCN)₂Br. Эффект — гигантское магнетосопротивление с огромным гистерезисом — возникает в узкой области давлений у границы перехода Мотта и тесно связан со спиновым стеклом.

Справка: Гигантское магнетосопротивление

Гига́нтское магнетосопротивле́ние, гигантское магнитосопротивление, ГМС (англ. Giant magnetoresistance, GMR) — квантовомеханический эффект, наблюдаемый в тонких металлических плёнках, состоящих из чередующихся ферромагнитных и проводящих немагнитных слоёв. Эффект состоит в существенном изменении электрического сопротивления такой структуры при изменении взаимного направления намагниченности соседних магнитных слоёв. Направлением намагниченности можно управлять, например, приложением внешнего магнитного поля. В основе эффекта лежит рассеяние электронов, зависящее от направления спина. За открытие гигантского магнетосопротивления в 1988 году физики Альбер Ферт (Университет Париж-юг XI) и Петер Грюнберг (Исследовательский центр Юлих) были удостоены Нобелевской премии по физике в 2007 году.
Википедия

Исследователи сосредоточились на давлении около 3 кбар — интервал всего около 1 кбар. При низких температурах в этой узкой критической зоне поведение сопротивления во внешнем поле становится экстремальным. Главное наблюдение: величина магнетосопротивления достигает гигантских значений, но ещё важнее, что его зависимость от поля гистерезисна. То есть сопротивление при одном и том же поле различается — в зависимости от того, увеличивали мы поле или уменьшали. Материал «запоминает» предысторию намагничивания, но не в намагниченности (как ферромагнетик), а в электропроводности.

Обычно в таких случаях первым делом подозревают орбитальный механизм, связанный с искривлением траекторий электронов (эффект Лоренца). Однако авторы показали, что гистерезис изотропен по направлению поля — неважно, перпендикулярно слоям или параллельно. Это значит, что орбитальные эффекты здесь ни при чём. Причина кроется во внутренних корреляционных свойствах, а именно в спиновой подсистеме.

При низких температурах в этом материале возникает состояние спинового стекла: спины электронов замораживаются в случайных направлениях, создавая неоднородную и неэргодичную конфигурацию, которая очень чувствительна к температуре и полю и медленно релаксирует. Авторы выяснили, что температурная и полевая зависимость гистерезиса, а также характерное время «памяти» напрямую коррелируют с поведением спинового стекла. Иными словами, спиновое стекло и электронный транспорт сильно переплетены: изменение конфигурации замороженных случайных спинов под действием поля влечёт за собой изменение проводимости, причём это изменение сохраняется во времени.

Количественного описания эффекта авторы пока не дают — оно требует сложных численных расчётов из-за сильных корреляций, типичных для соединений вблизи перехода Мотта. Но предложена качественная модель, улавливающая суть: существует сильная зарядово-спиновая связь. В рамках этой модели гистерезис возникает как прямое следствие того, что спиновое стекло, меняя свою конфигурацию в магнитном поле, по-разному модулирует плотность состояний на уровне Ферми, а значит, и проводимость.

Важнейший вывод работы: это не частный случай известных механизмов. Перед нами прототип нового класса явлений экстремального магнетосопротивления, где ключевую роль играет именно гистерезис, вызванный замороженным спиновым беспорядком.

Работа заметно продвигает понимание сильно коррелированных электронных систем. В ней впервые показано, как в органическом металле вблизи квантового фазового перехода Мотта возникает гигантский отклик проводимости на магнитное поле — анизотропный по предыстории, но не по направлению поля. Эффект, обнаруженный в κ-(BEDT-TTF)₂Hg(SCN)₂Br при низких температурах и умеренных давлениях, открывает путь к поиску аналогичного поведения в других материалах с сильными корреляциями и склонностью к спиновому беспорядку. К тому же он может быть интересен для устройств памяти нового типа, где информация считывается не по намагниченности, а по сопротивлению.

В исследовании принимали участие научные сотрудники ФИЦ ПХФ и МХ РАН: С. Песоцкий, Р. Любовский, С. Торунова

Pavel D. Grigoriev, S. I. Pesotskii, R. B. Lyubovskii, S. A. Torunova, D. S. Lyubshin, Vladimir N. Zverev // Giant hysteretic magnetoresistance accompanying the Mott transition and spin-glass state in the organic metal 𝜅-(BEDT-TTF)₂⁢Hg⁡(SCN)₂⁡Br // Physical Review B,том 113, IF=3.7

DOI: https://doi.org/10.1103/j565-gnd6

Молекулярный конструктор для сосудов: российские химики создали стабильный донор оксида азота нового типа

Оксид азота (NO) — один из ключевых сигнальных молекул в организме человека. Именно он заставляет стенки сосудов расслабляться, снижает артериальное давление и предотвращает тромбозы. Однако при сердечно-сосудистых заболеваниях собственная выработка NO часто падает. Тогда на помощь приходят доноры оксида азота — вещества, которые постепенно высвобождают эту молекулу.

Коллектив исследователей из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН синтезировал и детально изучил новые комплексы железа с нитрозильными группами, известные как «эфиры соли Руссена» (Roussin’s red salt esters). В фокусе работы оказались три соединения, различающиеся всего лишь «хвостиком» в серосодержащем лиганде: фенилтиольный (C₆H₅S–), бензилтиольный (C₆H₅CH₂S–) и фенилэтантиольный (C₆H₅CH₂CH₂S–).

Ключевой результат: комплекс с фенилэтантиольным лигандом (соединение 3) неожиданно проявил способность к пролонгированному выделению оксида азота в водных растворах. Для класса эфиров соли Руссена это редкость — обычно они отдают NO слишком быстро или требуют внешней активации (светом, теплом).

Авторы работы показали, что именно комплекс 3:

• стабилен в физиологическом буфере (Tris-HCl) и в диметилсульфоксиде (DMSO);
• не теряет своей димерной структуры при распаде (в отличие от своего более короткого «собрата» с фенильным лигандом);
• способен связываться с сывороточным альбумином и муцином — важными белками биологических жидкостей, что моделирует его поведение в организме.

В чем физиологический смысл?
Действие NO в сосудах опосредовано ферментом растворимой гуанилатциклазой (sGC). Активация sGC повышает уровень циклического гуанозинмонофосфата (cGMP), который и вызывает расслабление гладкой мускулатуры. Исследование показало, что новый комплекс не только генерирует NO, но и приводит к росту циклических нуклеотидов (cGMP и cAMP) в клетках, при этом проявляя низкую цитотоксичность на культуре клеток Vero (клетки почки африканской зеленой мартышки, стандартная модель для тестов безопасности).

Почему это важно?
Большинство существующих пролонгированных доноров NO (например, нитроглицерин в специальных формах или S-нитрозоглутатион) имеют ограничения — от развития толерантности до сложности синтеза. Новый нитрозильный комплекс железа с фенилэтантиольным лигандом предлагает альтернативную химическую платформу. Он работает без дополнительной фото- или ферментативной активации, а его свойства можно настраивать, модифицируя лиганд.

Перспективы
Полученные данные о корреляции «структура — активность» закладывают основу для создания лекарственных препаратов нового поколения, предназначенных для лечения состояний, связанных с дефицитом эндогенного NO: гипертонии, ишемической болезни сердца, легочной гипертензии и сердечной недостаточности.

В исследовании принимали участие: Олеся Покидова, Вероника Новикова, Нина Емельянова, Карина Руина, Людмила Мазина, Алина Конюхова, Александр Куликов, Геннадий Шилов, Андрей Утенышев, Максим Благов, Александра Терехова, Татьяна Ступина, Виктор Лужков и Наталья Санина

Оlesya V. Pokidova, Veronika O. Novikova, Nina S. Emel’yanova, Karina S. Ruina, Ludmila M. Mazina, Alina S. Konyukhova, Alexander V. Kulikov, Gennadii V. Shilov, Andrey N. Utenyshev, Maxim A. Blagov, Alexandra A. Terekhova, Tat’yana S. Stupina, Victor B. Luzhkov, Natalya A. Sanina //Novel Roussin’s red salt esters as cardiovascular protectors: “Structure-activity” correlations, properties in solid state and solutions // Journal of Inorganic Biochemistry, Volume 280, Q-2, IF=3.2

https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2026.113318

Сотрудники Лаборатории супериоников Отдела функциональных материалов для химических источников энергии и Центра компетенций Федерального исследовательского центра Проблем химической физики и медицинской химии в сотрудничестве с МФТИ, НИТУ МИСИС и Московским центром перспективных исследований представили результаты исследования, посвященного сравнению двух способов приготовления дисперсий перфторированных сульфокислотных иономеров — Nafion и Aquivion. Эти материалы широко применяются для создания протон-проводящих мембран и иономерных слоев в топливных элементах и электролизерах.

Поскольку указанные иономеры (полимеры, содержащие ионогенные группы) представляют собой перфторированные органические вещества, они не образуют истинные растворы, и для получения мембран из них необходимо обеспечить получение дисперсии – гетерогенную (неоднородную) систему, состоящую из набухших частиц полимера (дисперсная фаза) и растворителя (дисперсная среда), из которой затем и отливают мембраны.

Авторы сравнили традиционный автоклавный метод, который используется для приготовления коммерческих дисперсий, и новый подход с применением гомогенизатора высокого давления (HPH, high-pressure homogenizer). Целью работы было выяснить, может ли метод HPH стать более быстрой и безопасной альтернативой автоклавированию без потери качества получаемых дисперсий и пленок.

В чем суть работы

То, в каком состоянии полимер находится в дисперсии, напрямую влияет на структуру и свойства конечного материала. Классический автоклавный метод требует нескольких стадий. Сначала готовят разбавленную дисперсию с концентрацией порядка 1–2 массовых процента, затем выдерживают ее в автоклаве около 2 часов, после чего часто требуется отдельная стадия концентрирования за счет удаления растворителя, которая длится до 8 часов. В сумме такой процесс может занимать более 10 часов и проводится в закрытой системе при давлениях 3–5 МПа и температурах до 100–230 °C.

В новой схеме суспензию полимера в смеси воды и изопропилового спирта пропускали через гомогенизатор под намного более высоким давлением: 100 МПа. Такой способ основан на гидродинамическом воздействии и кавитации (образовании и схлопывании пузырьков), которые позволяют быстро перераспределять и разрушать крупные агрегаты полимера. Подготовка дисперсии с помощью HPH занимала около 1 часа, еще около получаса требовалось на последующую очистку.

Таким образом, по оценке авторов, новый метод позволяет сократить время приготовления примерно на порядок по сравнению с автоклавной схемой.

Кроме того, HPH дает возможность сразу получать дисперсии с концентрацией до 16 массовых процентов, тогда как в случае автоклавного метода более высокие концентрации обычно достигаются только дополнительным упариванием.

Что показал анализ дисперсий

Для сравнения свойств дисперсий авторы использовали динамическое светорассеяние, измерения вязкости, а также оценку ζ-потенциала, характеризующего устойчивость коллоидной системы. В случае Nafion различия между двумя способами приготовления оказались небольшими. Гидродинамический радиус агрегатов составил 316 ± 64 нм для коммерческой автоклавной дисперсии, 412 ± 171 нм для образца Nafion-HPH и 362 ± 152 нм для HyProof-HPH. Это означает, что для Nafion гомогенизатор высокого давления обеспечивает степень диспергирования, сопоставимую с традиционным автоклавированием. Для Aquivion результат оказался более заметным. Если в коммерческой дисперсии гидродинамический радиус агрегатов составлял 514 ± 179 нм, то после приготовления с помощью HPH он уменьшался до 248 ± 69 нм. Иными словами, размер агрегатов снижался примерно вдвое — с около 0,5 мкм до 0,25 мкм.

Авторы связывают это с различиями в строении самих иономеров, в частности с длиной боковой цепи, кристалличностью и фазовым составом. По ζ-потенциалу все дисперсии находились в диапазоне от −23 до −42 мВ, что соответствует достаточно устойчивым коллоидным системам. По вязкости различия между двумя методами также оказались невелики. Для Aquivion после обработки в HPH было зафиксировано небольшое увеличение вязкости примерно на 7–8%, а для Nafion значения в целом оставались близкими. Это позволило авторам сделать вывод, что по основным коллоидным характеристикам новый метод не уступает автоклавному.

Что происходит при формировании пленок

Из полученных дисперсий исследователи отливали тонкие пленки и изучали их структуру с помощью сканирующей электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. На этом этапе выяснилось, что пленки, полученные из HPH-дисперсий, сразу после высыхания имеют более выраженную поверхностную неоднородность, чем пленки из коммерческих автоклавных дисперсий. Однако после отжига – финальной стадии производства – эти различия исчезали. Для Nafion использовали отжиг при 130 °C в течение 3 часов, для Aquivion – отжиг при температуре выше температуры размягчения полимера. После термообработки морфология пленок становилась однородной и сопоставимой с морфологией пленок, полученных из коммерческих дисперсий

Заключение и перспективы

Авторы подчеркивают, что гомогенизатор высокого давления не просто ускоряет процесс приготовления дисперсий, но и позволяет получать системы с характеристиками, сопоставимыми с коммерческими автоклавными дисперсиями. При этом для Aquivion новый метод даже обеспечивает более мелкие агрегаты в коллоиде. Хотя пленки из HPH-дисперсий сначала демонстрируют более выраженную неоднородность, эта особенность устраняется последующим отжигом. В целом работа показывает, что метод HPH можно рассматривать как перспективную альтернативу автоклавному способу приготовления дисперсий PFSAI благодаря сочетанию скорости, безопасности и возможности работать с более высокими концентрациями полимера. При этом исследование подчеркивает и более общий вывод: взаимодействия между иономером и растворителем на стадии дисперсии влияют на формирование пленки и должны учитываться при разработке мембранных материалов для водородной энергетики.

В исследовании принимали участие научные сотрудники ФИЦ ПХФ и МХ РАН: Н.Талагаева, Н.Дремова, У.Заворотная, А.Стариков, Н.Емельянов, Е.Сангинов, А.Левченко и А. Винюков

В коллобарации с другими коллегами из следующих исследовательских центров:

1. Московский центр фундаментальных и прикладных исследований
   г. Москва
2. Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
   г. Москва
3. Центр инженерных систем и наук, Москва

Sofia M.Morozova, Nataliia V. Talagaeva, Nadezhda N. Dremova, Ulyana M. Zavorotnaya, Andrey S. Starikov, Nikita A. Emelianov, Evgeny A. Sanginov, Alexander M. Korsunsky,  Alexey V. Levchenko, and AlexeyV.Vinyukov // Perfluorinated Ionomer Dispersion Preparation: Autoclaving vs. High-Pressure Homogenizing // Membranes 2026, 16, 83, Q-2, IF=3.6

https://doi.org/10.3390/membranes16030083

Недавно в журнале Nature Energy (импакт-фактор 60.1) вышла аналитическая статья международного коллектива исследователей, посвящённая одной из самых острых проблем современной фотовольтаики — эксплуатационной стабильности материалов для перовскитных солнечных элементов. Эта работа, выполненная в формате Perspective, объединяет усилия учёных из трёх научных центров: Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН  (Черноголовка, Россия), Физического факультета Гонконгского университета (Китай) и хорватского Института Руджера Бошковича (Загреб).

Авторы обращают внимание на то, что, несмотря на впечатляющую эффективность перовскитных солнечных батарей, их широкое практическое внедрение до сих пор сдерживается недостаточной долговременной стабильностью. Под действием света или электрического поля в материале запускаются фото- и электрохимические окислительно-восстановительные реакции. До сих пор в поле зрения исследователей чаще всего попадало окисление йодид-анионов, однако в новой работе подчёркивается не менее важная роль необратимых превращений органических катионов, входящих в состав перовскита.

Коллектив ученых из ФИЦ ПХФ и МХ РАН под руководством П.А. Трошина, более десяти лет назад, открыл ключевые механизмы деградации комплексных галогенидов свинца под действием света и электрического поля, а также внес существенный вклад в изучение продуктов термического разложения этих материалов. Теперь, опираясь на это глубокое понимание, исследователи обобщают возможные реакции окисления и восстановления органических катионов и описывают основные пути их деградации. Эти процессы приводят к сегрегации галогенидов, миграции ионов и в конечном счёте — к распаду самого перовскита и отказу устройства.

Особую ценность статье придаёт не только диагностика причин нестабильности, но и обсуждение конкретных способов борьбы с ними. Авторы предлагают несколько стратегий подавления нежелательных реакций: целенаправленный дизайн органических катионов, введение специальных добавок и оптимизацию архитектуры солнечного элемента. По их мнению, именно такие подходы могут стать основой для создания действительно надёжных и долговечных перовскитных фотоэлектрических устройств.

Публикация в журнале столь высокого уровня подтверждает, что проблема стабильности вышла на передний край науки о перовскитных полупроводниковых материалах, а представленный аналитический обзор, по словам самих исследователей, обобщает идеи, которые уже сейчас служат отправной точкой для новых экспериментов и приближают технологию к практическому внедрению.

Zhilin Ren, Stjepan Dolić, Vedran Kojić, Zhengtian Yuan, Pavel Troshin, Andreja Gajović, Jasminka Popović & Aleksandra B. Djurišić // Irreversible organic cations chemistry limits organic–inorganic halide perovskite stability under illumination or bias // Nature Energy, 2026, IF=60.1

https://doi.org/10.1038/s41560-026-01965-3

В современном мире особое внимание уделяется развитию мобильных источников и систем накопления энергии (СНЭ). Электромобили, портативная электроника и СНЭ требуют всё более мощных, безопасных и долговечных источников тока. Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) прочно заняли лидирующие позиции в этой области, однако их классический анодный материал — графит — имеет свои ограничения. Он не позволяет заряжать батарею слишком быстро (из-за медленной диффузии ионов лития), а в некоторых режимах на его поверхности могут образовываться дендриты — тонкие ветвистые структуры лития, способные вызвать короткое замыкание.

Одной из многообещающих альтернатив графиту являются наночастицы оксида железа. Их теоретическая емкость достигает 1000 мА·ч/г (что почти втрое выше, чем у графита), они нетоксичны, негорючи и относительно дешевы. Однако у этого материала есть и «ахиллесова пята»: в процессе работы (циклирования) он претерпевает значительные изменения объема, что приводит к разрушению электрода, а его собственная электропроводность оставляет желать лучшего.

Российский коллектив исследователей из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) и Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка) предложил комплексное решение этой проблемы. Работа, опубликованная в журнале Ceramics International (IF=5.6), охватывает весь путь: от оригинального метода синтеза наночастиц до наблюдения за их работой внутри литий-ионного аккумулятора в режиме реального времени.

Синтез без закупорки: на помощь приходят мембраны

Первая задача, которую решили авторы, — это создание стабильного и воспроизводимого метода получения наночастиц маггемита (γ-Fe₂O₃). Традиционные методы (соосаждение, золь-гель, термическое разложение) либо дают широкий разброс размеров, либо требуют сложного оборудования и высоких температур. Перспективный микрофлюидный подход — синтез в микроканалах — позволяет тонко контролировать условия реакции, но сталкивается с проблемой закупорки: частицы оксида железа образуются мгновенно и быстро забивают каналы.

Исследователи нашли элегантное решение: они использовали пористые мембраны. Подобрав материал мембраны (гидрофильный полиэфирсульфон), они добились того, что мембрана разделяет поток одного из реактивов на небольшие капли, в них создаются маленькие реакционные зоны, в следствии чего не происходит слипания и не блокируется поток.

• Выход реакции составил 98% — практически все исходные реагенты превратились в целевой продукт.
• Размер частиц — всего около 7 нанометров с очень узким распределением по размерам.
• Удельная поверхность — 120 м²/г, что критически важно для электрохимических реакций: чем больше поверхность, тем активнее материал взаимодействует с литием.

С помощью синхротронной рентгеновской спектроскопии поглощения (XANES) ученые подтвердили, что полученные частицы представляют собой чистый маггемит (γ-Fe₂O₃), в котором железо находится исключительно в трехвалентном состоянии Fe³⁺, а не смешанном (Fe²⁺/Fe³⁺), как в магнетите.

Связующее решает всё

Но даже идеальные наночастицы — это лишь половина успеха. Электрод помимо наночастиц должен включать в себя полимерное связующее, выполняющее роль клея, связывающего частицы и обеспечивающего прочную связь с токосъемником. Традиционно в качестве полимерного связующего используют поливинилиденфторид (ПВДФ). Однако, как показало исследование, замена ПВДФ на карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) — водорастворимый и более экологичный полимер — кардинально меняет поведение электрода.

Электроды на основе КМЦ продемонстрировали значительно более высокую стабильность при циклировании. На 50-м цикле разрядная емкость составила 663 мА·ч/г при плотности тока 100 мА/г, а при высоких токах (1000 мА/г) — 420 мА·ч/г. Для сравнения: электроды с ПВДФ теряли емкость гораздо быстрее. Авторы объясняют это тем, что КМЦ, обладая более прочными адгезионными свойствами, лучше компенсирует неизбежное расширение и сжатие частиц маггемита во время работы, сохраняя целостность электрода.

Рентгеновское «кино»: как меняется химия внутри батареи

Самая интригующая часть работы — изучение процессов, происходящих внутри батареи во время её работы. Используя мощное синхротронное излучение (источник рентгеновских лучей с высокой интенсивностью), исследователи провели серию in situ экспериментов.

Они собрали модельные ячейки монетного типа и, не разбирая их, прямо в процессе заряда и разряда снимали рентгеновские спектры поглощения (XANES и EXAFS). Это позволило проследить, как меняется химическое состояние железа и локальное атомное окружение на каждом этапе цикла заряда-разряда.

С помощью метода линейной комбинации (сравнения спектров образца со спектрами эталонных соединений) ученые смогли количественно оценить, какие фазы и в каких пропорциях образуются в аноде при внедрении и извлечении лития. По сути, они создали химическую «киноленту» превращений Fe₂O₃ → Fe⁰ (металлическое железо) и обратно. Такой подход не только подтвердил предполагаемый механизм работы материала, но и показал, что при использовании оптимизированного связующего (КМЦ) эти превращения проходят более обратимо, без накопления необратимых продуктов.

Представленное исследование демонстрирует редкий в современной науке пример «полного цикла»: от разработки инженерного решения для синтеза материала до глубокого понимания его работы в реальном устройстве с использованием передовой синхротронной диагностики.

Разработанный мембранный микрофлюидный метод открывает путь к масштабируемому получению наночастиц оксида железа с заданными свойствами. Замена дорогого и неэкологичного ПВДФ на КМЦ делает технологию не только более производительной, но и более безопасной с экологической точки зрения. Наконец, детальное in situ изучение фазовых превращений дает исследователям инструмент для дальнейшей оптимизации — будь то легирование частиц, изменение их морфологии или поиск новых композитов.

Полученные результаты позволяют с оптимизмом смотреть на перспективы использования маггемита (γ-Fe₂O₃) в качестве доступного, безопасного и высокоемкого анодного материала для литий-ионных батарей следующего поколения.

В данном исследовании принимали участие научные сотрудники лаборатории твердотельных электрохимических систем ФИЦ ПХФ и МХ РАН: А. Шиховцева, В. Колмаков, Е. Евщик

В сотрудничестве с коллегами из Южного Федерального Университета

Maksim A. Gritsai, Sergei V. Chapek, Anna V. Shikhovtseva, Valery G. Kolmakov, Elizaveta Yu Evshchik, Evgenii V. Beletskii, Alexander V. Soldatov, Mikhail A. Soldatov // In situ X-ray absorption spectroscopy reveals chemical composition dynamics during lithiation and charge-discharge cycles in a lithium-ion battery anode material based on iron oxide nanoparticles synthesized by a microfluidic route // Ceramics International, Q-1, IF=5.6

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.02.012

В эпоху стремительного роста производства литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) проблема переработки отработанных батарей становится одной из ключевых для устойчивого развития. Мировой рынок ЛИА уже к 2025 году должен достичь 1700 ГВт·ч, и этот рост неизбежно ведет к накоплению тонн отслуживших устройств. В ответ на этот вызов международный коллектив ученых (Россия-Китай-Ирландия-США) провел масштабный анализ методов прямой регенерации (релитиации) катодных материалов, результаты которого опубликованы в журнале Advanced Science (IF=14,3)

Авторы предлагают систематизированный подход к сравнению пяти основных методов прямой регенерации катодов. Чтобы избежать субъективности, исследователи использовали гармонизированную систему оценки, разделенную на три группы метрик:

Группа I (Технико-экономические показатели): Включает стоимость материалов, энергопотребление, затраты на оборудование, длительность процесса и требования к производственным площадям.

Группа II (Электрохимическая производительность): Оценивает восстановление емкости, стабильность циклирования и скоростные характеристики (rate capability) восстановленных материалов.

Группа III (Экологическое воздействие): Учитывает выбросы CO₂, связанные с энергопотреблением и химическими реакциями, а также токсикологическую опасность используемых реагентов.

Такой многокритериальный анализ позволяет увидеть не только эффективность метода в лабораторных условиях, но и его потенциал для масштабирования в промышленность.

Основные результаты сравнения методов

В работе были проанализированы пять подходов к релитиации: твердофазная релитиация (SSR), гидротермальная обработка (Hydro), термохимия расплавленных солей (MST), электрохимический метод (EC) и химический метод (Chem).

Экономическая эффективность (Группа I):

Лидирующие позиции занимают методы твердофазной (SSR) и гидротермальной (Hydro) релитиации. Они демонстрируют высокую статистическую надежность и оптимальное соотношение затрат. Электрохимический метод (EC), несмотря на низкое энергопотребление (143,0 кДж·г⁻¹), проигрывает из-за высокой стоимости материалов и оборудования. Химический метод (Chem) остается конкурентоспособным, однако требует дорогостоящих реагентов.

Восстановление свойств (Группа II):

Здесь лидируют методы MST и SSR, показывая наилучшее восстановление емкости и скоростных характеристик. Электрохимический метод демонстрирует отличную стабильность циклирования, но уступает в восстановлении емкости для сильно деградированных материалов. Важно отметить, что для катодов с высоким содержанием никеля (Ni-rich, например, NMC811) наиболее перспективными являются методы, включающие кратковременный высокотемпературный этап, что позволяет восстановить кристаллическую структуру.

Экологический след (Группа III):

Уровень выбросов CO₂ напрямую коррелирует с энергопотреблением. Наименьший углеродный след у электрохимического метода (EC), за ним следует химический (Chem). Однако химический метод имеет существенный недостаток — высокую токсичность используемых реагентов (органические растворители, редокс-медиаторы), что классифицируется как высокая опасность. Электрохимический метод в этом плане более сбалансирован.

Интегральная оценка и перспективы

Суммарный анализ всех трех групп критериев показал, что химический метод (Chem) лидирует по интегральному баллу (72,3 пункта), однако его внедрение сдерживается экологическими рисками. Методы с контролем энергии (SSR, Hydro, MST, EC) показывают близкие результаты в диапазоне 60–65 пунктов.

Авторы подчеркивают, что разрыв между растущим объемом отходов аккумуляторов и существующими мощностями по переработке продолжает увеличиваться. Для преодоления этого кризиса необходим переход от лабораторных исследований к промышленным пилотным проектам.

Предложенная дорожная карта включает в себя:

• Углубленное изучение механизмов деградации.
• Проведение технико-экономического анализа (TEA) и оценки жизненного цикла (LCA).
• Валидацию на пилотных линиях и демонстрационных установках.

Данное исследование представляет собой не просто каталогизацию методов, а дорожную карту для промышленности и науки. Оно показывает, какие технологии имеют наибольший потенциал для масштабирования, а какие требуют доработки. Авторы подчеркивают, что выбор метода регенерации должен быть гибким и зависеть от конкретных условий (тип сырья, требования к конечному продукту, региональная стоимость электроэнергии).

В заключение предлагается стратегия: от глубокого понимания механизмов деградации и многокритериальной оценки в лабораториях к жизнеспособным гибридным решениям, прошедшим проверку на пилотных установках.

В данной работе принимали участие научные сотрудники ФИЦ ПХФ и МХ РАН:
Е. Белецкий, Е. Евщик, А. Шиховцева, В. Колмаков, Л. Шмыглева

Работа объединила усилия ведущих научных центров из России, Китая, Ирландии и США:

• Харбинский технологический институт (HIT), Китай .
• Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка), Россия 
• Институт химии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ), Россия.
• Тринити-колледж (Дублин), Ирландия
• Университет Вирджинии (Шарлоттсвилл), США 

Evgenii Beletskii, Elizaveta Evshchik, Anna Shikhovtseva, Valery Kolmakov, Andrey Popov, Svetlana Eliseeva, Lyubov Shmygleva, Yurii K. Gun’ko, Valentin Romanovski // Direct Recycling of Mixed-Oxide Cathodes: Balancing Cost,Performance and Environmental Trade-Offs // Advanced Science, 2026; Q-1, IF=14.3

https://doi.org/10.1002/advs.202519076

Дайджест №34 (март 2026)
Подготовлено Отделом информации ИФАВ РАН

1. Зифтомениб: первое одобрение

Ziftomenib: First Approval
Aisling McGuigan
Drugs 2026
https://link.springer.com/article/10.1007/s40265-026-02291-4

Острый миелоидный лейкоз (также острый нелимфобластный лейкоз, острый миелогенный лейкоз) – это злокачественная опухоль миелоидного ростка крови, при которой быстро размножаются изменённые белые кровяные клетки. Острый миелоидный лейкоз – это агрессивное злокачественное новообразование миелоидных предшественников с плохим клиническим прогнозом. Острый миелоидный лейкоз является острым заболеванием, развивается быстро и без лечения приводит к смерти больного за несколько месяцев, иногда за несколько недель. Лечение острого миелоидного лейкоза состоит в основном из химиотерапии и делится на два этапа: индукция и постремиссионное лечение (или консолидация). Зифтомениб (KOMZIFTI) – пероральный селективный ингибитор менина, принимаемый один раз в день. 13 ноября 2025 г. FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов) одобрило зифтомениб (KOMZIFTI) для лечения взрослых пациентов с рецидивирующим или рефрактерным острым миелоидным лейкозом с восприимчивой мутацией нуклеофосмина 1 (NPM1), у которых нет удовлетворительных альтернативных вариантов лечения. Одобрение было основано на результатах клинического исследования KOMET-001, в котором приняли участие 112 взрослых пациентов с рецидивирующим/рефрактерным острым миелоидным лейкозом с мутацией NPM1. В исследовании KOMET-001 зифтомениб продемонстрировал клинически значимую активность в трудноизлечимой группе взрослых пациентов с рецидивирующим или рефрактерным острым миелоидным лейкозом с мутацией NPM1. Суммарная частота полной ремиссии плюс полная ремиссия с частичным гематологическим восстановлением составила 21,5%, при этом полная ремиссия была достигнута у 17% пациентов, а полная ремиссия с частичным гематологическим восстановлением у 4,5%. Ответы на лечение наблюдались относительно быстро – медиана времени до первого ответа составила 2,7 месяца и, что важно, были устойчивыми, со средней продолжительностью в 5 месяцев. В этом исследовании пациенты получали зифтомениб перорально в дозах, увеличивающихся от 50 до 1000 мг один раз в день в 28-дневных циклах, при этом рекомендуемая доза была определена как 600 мг. Наиболее распространенные побочные реакции (более 20%) включали повышение уровня ферментов печени, инфекции, электролитные нарушения, кровотечения, диарею, тошноту, усталость, отеки, мышечно-скелетные боли, повышение уровня билирубина, синдром дифференцировки, зуд и фебрильную нейтропению. В целом эти результаты подчеркивают, что зифтомениб может вызывать глубокие, устойчивые ремиссии и значительное клиническое улучшение, даже у пациентов, прошедших интенсивное предварительное лечение и имеющих ограниченные терапевтические возможности. Благодаря этому последнему одобрению пациенты с мутацией NPM1 теперь получат доступ к новой таргетной терапии, которая потенциально может обеспечить более глубокие ремиссии и значительное увеличение выживаемости при этом заболевании, которое исторически было склонно к рецидивам и устойчиво к лечению.

2. Обзор этрипамила: новая парадигма лечения пароксизмальной наджелудочковой тахикардии для принятия информированного, совместного решения

A review of etripamil: A new paradigm for treating paroxysmal supraventricular tachycardia for an informed, shared decision
James E. Ip
Heart Rhythm 2026
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1547527126000342

Пароксизмальная наджелудочковая тахикардия – это вид аритмии, характеризующийся внезапными приступами (пароксизмами) сердцебиения с регулярным ритмом и высокой частотой сердечных сокращений (обычно свыше 100 ударов в минуту), возникающее в верхних камерах сердца. Развитие данного заболевания связано с нарушением циркуляции сердечных импульсов по миокарду выше уровня желудочков либо с возникновением патологических очагов, вызывающих тахикардию. Чаще всего данное патологическое состояние диагностируют у молодых людей. Внутривенное введение блокаторов кальциевых каналов или аденозина является эффективным методом лечения, но требует контролируемого введения в клинических условиях. Этрипамил (CARDAMYST) – быстродействующий недигидропиридиновый блокатор кальциевых каналов L-типа, выпускающийся в форме назального спрея и обеспечивающий быстрое начало действия (<5 минут). 12 декабря 2025 г. FDA одобрило этрипамил (CARDAMYST) для лечения эпизодов пароксизмальной наджелудочковой тахикардии. Одобрение было основано на данных клинического исследования фазы 3 RAPID. RAPID – это многоцентровое рандомизированное (1:1) двойное слепое плацебо-контролируемое клиническое исследование фазы 3, разработанное для оценки эффективности и безопасности нового режима дозирования, состоящего из 70 мг этрипамила, вводимого в момент появления у пациента симптомов пароксизмальной наджелудочковой тахикардии и повторного введения той же дозы через 10 минут, если симптомы сохраняются. 692 участника исследования были случайным образом распределены в соотношении 1:1 для получения самостоятельно вводимой дозы интраназального этрипамила 70 мг или плацебо без медицинского наблюдения во время эпизода предполагаемой пароксизмальной наджелудочковой тахикардии с повторным самостоятельным введением дозы, если симптомы сохранялись в течение 10 минут после первой дозы. Результаты показали, что у пациентов с подтвержденным эпизодом пароксизмальной наджелудочковой тахикардии (184 пациента) 64% тех, кто самостоятельно вводил этрипамил (99 пациентов), перешли в синусовый ритм в течение 30 минут по сравнению с 31% тех, кто получал плацебо (85 пациентов). Медианное время до перехода в синусовый ритм составило 17,2 минуты у пациентов, получавших этрипамил, против 53,5 минут у пациентов, получавших плацебо. Через 300 минут переход в синусовый ритм оставался более благоприятным при применении этрипамила. Наиболее распространенными побочными реакциями при лечении являлись дискомфорт в носу, заложенность носа, ринорея, раздражение горла и носовое кровотечение. Этрипамил дает многим из пациентов возможность самостоятельно вводить лекарство, которое может быстро остановить приступ пароксизмальной наджелудочковой тахикардии и потенциально избежать поездки в больницу или вызова скорой помощи. Успешные результаты исследования RAPID вселяют надежду на то, что назальный спрей с этрипамилом изменит парадигму лечения пароксизмальной наджелудочковой тахикардии в амбулаторных условиях.

3. Последние достижения в понимании изменений митохондриального биогенеза при болезни Альцгеймера

Recent advancements in the understanding of the alterations in mitochondrial biogenesis in Alzheimer’s disease
Shreya Singh et al.
Molecular Biology Reports 2025, 52, 173
https://link.springer.com/article/10.1007/s11033-025-10297-6

Болезнь Альцгеймера – распространённое нейродегенеративное заболевание, характеризующееся прогрессирующей потерей памяти и когнитивными нарушениями. Процессы, лежащие в основе патофизиологии болезни Альцгеймера, до сих пор до конца не изучены, несмотря на многочисленные исследования. Поскольку митохондриальная дисфункция влияет на энергетический метаболизм клеток, окислительный стресс и выживаемость нейронов, становится всё более очевидным, что она играет важную роль в развитии болезни Альцгеймера. В данном обзоре обобщены последние данные о митохондриальной дисфункции при болезни Альцгеймера, с акцентом на биогенез митохондрий, динамику, аксональный транспорт, митофагию и митохондриальный протеостаз. В обзоре подчёркивается, как тау-белки и бета-амилоид ухудшают митохондриальную и синаптическую дисфункцию, нарушая синтез аденозинтрифосфата, вызывая окислительный стресс и нарушая равновесие. Кроме того, обсуждаются важные процессы, контролирующие активность митохондрий и их связь со здоровьем мозга. Одним из перспективных терапевтических подходов к уменьшению нейродегенерации и снижения когнитивных функций при болезни Альцгеймера является улучшение активности митохондрий. В этом исследовании рассматриваются возможные направления создания целенаправленных методов лечения, препятствующих прогрессированию болезни Альцгеймера, путем внедрения знаний о биогенезе митохондрий и связанных с ним механизмах. Димебон (латрепирдин) – антигистаминный препарат, который применяется в России с 1980-х годов для лечения аллергического ринита. Впоследствии димебон был перепрофилирован для лечения болезней Альцгеймера и Хантингтона и прошел клиническую оценку на предмет когнитивной и психиатрической пользы при этих заболеваниях. За клиническими исследованиями фазы 1 и 2 с участием 197 пациентов с болезнью Альцгеймера последовали два исследования фазы 3 с участием примерно 1600 пациентов с легкой и умеренной формами болезни Альцгеймера. Результаты шестимесячного исследования фазы 2 показали значительное улучшение по сравнению с плацебо. Димебон, по-видимому, действует через несколько механизмов действия, как блокируя действие нейротоксичных бета-амилоидных белков, так и ингибируя кальциевые каналы L-типа. Однако двойное слепое исследование фазы 3 на пациентах с легкой и умеренной формой болезни Альцгеймера не выявило преимуществ препарата по сравнению с плацебо. В итоге можно сказать, что воздействие на митохондрии является потенциальной стратегией лечения болезни Альцгеймера. Препараты, которые усиливают биогенез митохондрий и улучшают их функцию, могут замедлить или остановить прогрессирование болезни Альцгеймера, поскольку дисфункция митохондрий является основным фактором развития болезни Альцгеймера. Необходимы более интенсивные исследования, чтобы понять функцию митохондрий при болезни Альцгеймера и создать эффективные методы лечения, воздействующие на митохондрии. Кроме того, необходимо проводить целенаправленные исследования в направлении разработки новых систем доставки лекарств, воздействующих на митохондрии при терапии болезни Альцгеймера, с целью переноса лечения из лабораторных условий к пациентам.

4. Новые взгляды на терапевтические подходы к лечению таупатий

New insights into the therapeutic approaches for the treatment of tauopathies
Himanshi Singh et al.
Neural Regeneration Research 2024, 19(5), 1020-1026
https://journals.lww.com/nrronline/fulltext/2024/05000/new_insights_into_the_therapeutic_approaches_for.30.aspx

Таупатии представляют собой группу неврологических расстройств, включая болезнь Альцгеймера и лобно-височную деменцию, которые включают прогрессирующую нейродегенерацию, когнитивные нарушения и аберрантное накопление тау-белка. В нормальных условиях тау-белок стабилизирует микротрубочки, важнейший компонент нейронального цитоскелета, и регулирует внутриклеточный транспорт. Нарушение регуляции и/или функции тау-белка связано с невропатологическими состояниями, то есть таупатиями, включая болезнь Альцгеймера, лобно-височную деменцию, болезнь Пика и др. Агрегаты и олигомеры тау-белка являются одними из основных компонентов при болезни Альцгеймера и других таупатиях. Неправильно свернутый и олигомеризованный белок тау может постепенно перегружать нервные клетки, что приводит к гибели нейрональных клеток. Развитие таупатий в настоящее время не может быть остановлено или замедлено лечебными мерами. В связи со значительным вкладом тау-бремени в первичные таупатии и тесную связь между патогенным накоплением белка тау и когнитивными нарушениями возник интерес к созданию методов лечения, которые могут облегчить патологию тау и оказать нейропротекторное действие. Хотя на сегодняшний день нет установленных и одобренных фармакологических методов лечения, было разработано несколько низкомолекулярных веществ для ослабления причин, которые приводят к таупатии, таких как гиперфосфорилирование тау-белка. Было показано, что куркумин, основной компонент куркумы, ингибирует агрегацию тау-белка. Тем не менее из-за своей плохой биодоступности и низкой стабильности в организме куркумин не смог продемонстрировать значительную клиническую эффективность. Однако результаты клинических испытаний его аналогов с улучшенной биодоступностью все еще ожидаются. Противовоспалительное соединение, ресвератрол, как было показано на доклинических моделях, также снижает уровень гиперфосфорилированного тау-белка. Хотя молекула обладает дополнительными преимуществами, такими как антиоксидантные и противовоспалительные свойства, ее низкая биодоступность и быстрый метаболизм являются ее основными недостатками. Эксперимент in vitro показал, что фолиевая кислота предотвращает агрегацию тау-белка и снижает его фосфорилирование, стабилизируя его нативную конформацию. В доклинических исследованиях было показано, что метиленовый синий предотвращает агрегацию тау-белка и улучшает снижение памяти. Однако производное метиленового синего LMTX (TRx0237) не показало существенного улучшения в клинических испытаниях фазы 3. Изучение белка тау уже давно является важным направлением исследований в области нейродегенеративных заболеваний. В то же время необходимо поддерживать разработку и применение терапевтических подходов, нацеленных на белок тау и решать проблемы, связанные с терапией белка тау, включая иммунные реакции, цитотоксичность и другие побочные эффекты. Это позволит разрабатывать более безопасные и эффективные стратегии лечения, чтобы соответствующие терапевтические препараты можно было более широко изучать и применять в будущем.

5. Развитие лечения болезни Альцгеймера: современные методы лечения и их влияние на качество жизни

Advancing Care in Alzheimer’s Disease: Current Treatments and Their Impact on Quality of Life
Leyla Yashaeva et al.
Cureus 2025, 17(8), e90527
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12446084/pdf/cureus-0017-00000090527.pdf

Болезнь Альцгеймера – прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, характеризующееся дефицитом памяти и снижением когнитивных функций. В настоящее время она является наиболее распространенной причиной деменции во всем мире и влечет за собой значительное бремя заболеваний, учитывая растущее старение населения во всем мире. Поиск, понимание и оценка оптимальных методов лечения могут быть сложной и утомительной задачей при диагностике болезни Альцгеймера, изменяющей жизнь. Хотя в настоящее время не существует однозначного метода лечения болезни Альцгеймера, все обсуждаемые методы лечения направлены на улучшение качества жизни пациента и сокращение времени, проведенного в состоянии инвалидности. В этом обзоре собраны и рассмотрены риски, преимущества и эффективность всех доступных в настоящее время методов лечения болезни Альцгеймера, включая лечение когнитивных и некогнитивных симптомов. Типы когнитивных симптомов, которые могут возникнуть при болезни Альцгеймера, зависят от стадии заболевания. К ним относятся, помимо прочего, проблемы с воспоминанием имен и событий, узнаванием знакомых людей и формулированием планов. Применямые препараты не могут предотвратить повреждение нейронов, что очевидно на протяжении всего течения болезни Альцгеймера, однако использование таких методов лечения потенциально может уменьшить или стабилизировать прогрессирование когнитивных симптомов, связанных с памятью и мышлением. Изучение различных мишеней, включая холинергическую дисфункцию, глутаматергическую эксайтотоксичность, агрегацию амилоида и тау, нейровоспаление и синаптическую деградацию, будет способствовать более глубокому пониманию и выявлению связи с болезнью Альцгеймера. Хотя в настоящее время не существует эффективного лечения, предпринимаются значительные усилия по расширению терапевтического портфеля, направленного на воздействие на эти базовые механизмы, облегчение симптомов и улучшение качества жизни пациентов. NE3107 является производным бета-андростентриола, естественного метаболита надпочечников. В доклинических исследованиях NE3107 продемонстрировал противовоспалительную активность. В клинических испытаниях фазы 2 на пациентах с легкими когнитивными нарушениями или деменцией в дозах 20 мг два раза в день в течение 12 недель терапия препаратом NE3107 показала статистически значимые улучшения когнитивных функций без каких-либо побочных эффектов. На сегодняшний день эффективность NE3107 оценивается в многоцентровом рандомизированном плацебо-контролируемом исследовании фазы 3 при легкой и умеренной болезни Альцгеймера. Как обсуждается в данном обзоре, современные методы лечения болезни Альцгеймера включают и фармакологические, и нефармакологические подходы. Текущие и будущие клинические испытания будут иметь решающее значение для оценки эффективности новых методов лечения, включая малые молекулы и иммунотерапию, а также их потенциала в снижении общего бремени болезни Альцгеймера. Кроме того, в будущих исследованиях крайне важно изучать прямые сравнения препаратов, валидацию биомаркеров и таргетную терапию, адаптированную к подтипам заболевания.

6. Антихолинергические препараты для лечения паркинсонизма и других двигательных расстройств

Anticholinergic drugs for parkinsonism and other movement disorders
Peter A. LeWitt et al.
Journal of Neural Transmission 2024, 131, 1481–1494
https://link.springer.com/article/10.1007/s00702-024-02799-7

Антихолинергические препараты, класс лекарств, которые действуют путем блокирования никотиновых и мускариновых ацетилхолиновых рецепторов, впервые были использованы в терапевтических целях в середине 19 века. Первоначально они применялись в качестве симптоматической терапии болезни Паркинсона, и эта практика продолжается до настоящего времени. Первоначально используемые антихолинергические препараты представляли собой природные растительные соединения. Синтетические препараты были разработаны в конце 1940-х годов и преобладали в неврологической терапии. Однако, поскольку дофаминергические соединения достаточно эффективны для удовлетворения потребностей типичного пациента с болезнью Паркинсона, антихолинергические препараты сегодня гораздо реже используются во врачебной практике. Основы терапевтического действия при болезни Паркинсона до конца не изучены. Антихолинергические препараты, по-видимому, облегчают симптомы, модулируя центральное антихолинергическое действие, оказываемое на неостриатум, и уменьшают состояние холинергической гиперчувствительности, возникающее вследствие истощения дофамина. Несмотря на появление новых препаратов для лечения болезни Паркинсона, антихолинергические препараты по-прежнему остаются одними из наиболее часто используемых препаратов во всем мире и уступают только леводопе. Их часто используют в комбинации, а не как монотерапию. Тригексифенидил – широко используемый антихолинергический препарат. Он преимущественно применяется у молодых пациентов с болезнью Паркинсона с нормальными когнитивными функциями, а также в составе щадящей терапии болезни Паркинсона, однако его применение ограничено из-за серьезных побочных эффектов. Наблюдается несколько более выраженное влияние тригексифенидила на тремор по сравнению с другими двигательными проявлениями болезни Паркинсона. Однако предыдущие исследования в этом отношении немногочисленны и не являются окончательными. Двойное слепое перекрестное исследование показало, что тригексифенидил обладает такой же эффективностью, как и леводопа, в снижении тремора, тогда как другое сравнительное исследование показало более выраженное улучшение ригидности и согнутой позы при незначительном или отсутствующем влиянии на тремор и акинезию. Тригексифенидил продемонстрировал значительное улучшение общих двигательных симптомов болезни Паркинсона. Наибольшее улучшение было отмечено по подшкале тремора и не имело статистически значимых отличий от улучшения, наблюдаемого при применении леводопы. Тригексифенидил может использоваться в качестве альтернативы леводопе для контроля тремора, особенно у пациентов с более слабым исходным тремором. Антихолинергические препараты остаются клинически полезным и, возможно, эффективным классом препаратов для лечения болезни Паркинсона. Многочисленные исследования подтвердили их эффективность в лечении двигательных симптомов болезни Паркинсона, особенно у пациентов с болезнью Паркинсона с преобладанием тремора благодаря их предположительно лучшему влиянию на снижение тремора. Как клинические, так и биохимические данные подтверждают гипотезу о том, что центральные антихолинергические препараты могут подавлять холинергическую гиперактивность, что приводит к улучшению симптомов паркинсонизма.

7. Терапевтические препараты на основе бензотиазола: мнение FDA и клинические достижения

Benzothiazole-Based Therapeutics: FDA Insights and Clinical Advances
Subba Rao Cheekatla
Chemistry 2025, 7, 118
https://www.mdpi.com/2624-8549/7/4/118

Гетероциклические соединения занимают центральное место в медицинской химии, предлагая огромное структурное разнообразие и функциональную универсальность. Производные бензотиазола приобрели большое значение в разработке лекарственных препаратов благодаря их многогранной биологической активности и структурной адаптивности. Включая азот и серу, эта конденсированная гетероциклическая структура демонстрирует широкий спектр фармакологических свойств, включая противораковые, противомикробные, противовоспалительные, противодиабетические, нейропротекторные и диагностические применения. Эти агенты действуют посредством таких механизмов, как ингибирование ферментов, модуляция рецепторов и визуализация амилоида, демонстрируя высокое сродство связывания и специфичность к мишени данной структуры. Достижения в стратегиях синтеза и наше понимание взаимосвязи структуры и активности (SAR) продолжают стимулировать разработку новых терапевтических средств на основе бензотиазола с улучшенной эффективностью, селективностью и профилем безопасности. В обзоре также акцентируется внимание на последних исследованиях in vitro и in vivo, включая кандидатов в лекарственные препараты в клинических испытаниях, чтобы предоставить всесторонний взгляд на терапевтический потенциал соединений на основе бензотиазола в современной разработке лекарственных средств. Этот обзор объединяет последние достижения, чтобы помочь в разработке новых соединений на основе бензотиазола для будущих терапевтических применений. Рилузол, производное бензотиазола, продаваемый под торговой маркой Rilutek, является нейропротекторным средством, одобренным для лечения бокового амиотрофического склероза, смертельного нейродегенеративного заболевания, отмечаемого прогрессирующей потерей двигательных нейронов. Это был первый препарат, одобренный FDA для лечения бокового амиотрофического склероза в 1995 г., а затем Европейским союзом в 1996 г. Хотя рилузол обеспечивает лишь умеренные преимущества, продлевая выживаемость пациентов на 2-3 месяца и повышая вероятность выживания в течение года примерно на 9%, он остается фундаментальной терапией для этого заболевания. Препарат действует посредством множественных механизмов, включая ингибирование пресинаптического высвобождения глутамата, блокаду потенциал-зависимых натриевых каналов и усиление обратного захвата глутамата, что в совокупности снижает эксайтотоксичность, являющуюся основным фактором повреждения двигательных нейронов. Побочные эффекты обычно легкие или умеренные, включая тошноту, слабость, повышение уровня ферментов печени и головокружение. В обзоре также подробно рассмотрены и другие препараты, являющиеся производными бензотиазола и находящиеся на разных стадиях их рассмотрения FDA (квизартиниб, прамипексол, пероспирон и др.). Бензотиазол и его производные представляют собой надежный и универсальный класс гетероциклических соединений, широко применяемых как в терапии, так и в диагностике. Синергия между химическими инновациями и биологическими знаниями позволит еще больше раскрыть потенциал производных бензотиазола, что позволит открывать более безопасные, эффективные и точно нацеленные терапевтические агенты. В конечном итоге бензотиазол продолжает оставаться краеугольным камнем в непрекращающемся поиске инновационных решений в области здравоохранения.

8. Антивозрастной механизм метформина: от молекулярных исследований до клинического применения

The Anti-Aging Mechanism of Metformin: From Molecular Insights to Clinical Applications
Ting Zhang et al.
Molecules 2025, 30, 816
https://www.mdpi.com/1420-3049/30/4/816

Старение представляет собой сложный биологический феномен, характеризующийся прогрессирующим ухудшением физиологических функций с течением времени, снижением устойчивости и повышенной уязвимостью к возрастным заболеваниям, в конечном итоге приводящим к смертности. Недавние исследования выявили различные молекулярные механизмы, посредством которых метформин распространяет свои преимущества за пределы контроля уровня глюкозы в крови, представляя его как многообещающее средство против старения. Антивозрастная эффективность метформина в клинических испытаниях на людях привлекла значительное внимание в последние годы. В этом обзоре рассматриваются антивозрастные свойства метформина, подчеркивается его роль в модуляции митохондриальной энергии, стимуляции аутофагии и смягчении воспаления, связанного с клеточным старением. В настоящее время проводится множество небольших исследований, изучающих его влияние на старение в недиабетических популяциях, что знаменует собой сдвиг в фокусе внимания от его традиционной роли в лечении диабета к более широкому применению в гериатрической медицине. Знаковой инициативой в этой области является исследование «Целенаправленное замедление старения с помощью метформина» (Targeting Aging with Metformin, TAME), одобренное FDA. Это крупномасштабное рандомизированное клиническое исследование включает участников в возрасте от 65 до 79 лет, которым назначают стандартизированную суточную дозу метформина для оценки его влияния на продолжительность жизни и ожидаемую продолжительность здоровой жизни у здоровых в остальном людей. Исследование TAME направлено на установление того, можно ли замедлить старение фармакологически, потенциально переосмыслив старение как изменяемое состояние. Успех в этом исследовании предоставит убедительные научные доказательства в поддержку вмешательства в процесс старения с помощью лекарственной терапии, а также создаст прецедент для разработки новых методов лечения, направленных на увеличение продолжительности жизни. Более того, ожидается, что исследование TAME предоставит ценные сведения об альтернативных терапевтических мишенях и экспериментальных подходах, что облегчит разработку будущих клинических исследований для других потенциальных методов борьбы со старением. Молекулярные механизмы, лежащие в основе способности метформина замедлять старение и различные связанные со старением заболевания, до сих пор в значительной степени неизвестны. Необходимы дальнейшие крупномасштабные многоцентровые двойные слепые рандомизированные плацебо-контролируемые исследования для лучшего понимания влияния метформина на старение и связанные с ним заболевания. Cледует отметить, что старение является все более серьезной проблемой здравоохранения, которая затрагивает многочисленные системы и органы всего организма. Метформин продемонстрировал определенные антивозрастные эффекты в клинических испытаниях, но его специфические механизмы и эффективность все еще требуют дополнительных исследований и подтверждения.

9. Мультисистемная атрофия: достижения в патогенезе и новые терапевтические стратегии

Multiple system atrophy: advances in pathogenesis and emerging therapeutic strategies
Zhiqing Chen et al.
Journal of Neurology 2026, 273, 49
https://www.springermedicine.com/multiple-system-atrophy-advances-in-pathogenesis-and-emerging-th/51859908

Мультисистемная атрофия представляет собой редкое неуклонно прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, клинические проявления которого включают признаки паркинсонизма. Патоморфологически данное заболевание относится к классу синуклеинопатий вместе с деменцией с тельцами Леви и болезнью Паркинсона, нейропатологическим признаком которых является накопление агрегатов альфа-синуклеина. Средний возраст начала мультисистемной атрофии составляет приблизительно 55 лет, при этом более высокие показатели распространенности наблюдаются в старших возрастных группах. Мультисистемная атрофия признана наиболее агрессивной формой синуклеинопатии, обычно проявляющейся значительной инвалидностью, такой как тяжелая дисфагия и необходимость в стационарном уходе примерно через 5–6 лет после начала симптомов. Длительность жизни пациентов после появления первых симптомов не превышает 8–10 лет. Летальный исход обусловлен осложнениями бульбарного синдрома, интеркуррентными инфекциями и сердечно-сосудистой недостаточностью. Паркинсонизм при мультисистемной атрофии характеризуется быстро прогрессирующим плохо реагирующим на леводопу акинетико-ригидным синдромом, характеризующимся скудностью и замедленностью движений вместе с мышечной скованностью и сопротивлением пассивным движениям, неудовлетворительным ответом на лечение леводопой из-за стриарной дегенерации, а также ранней постуральной нестабильностью и нарушениями походки. Текущие клинические испытания в основном сосредоточены на воздействии на альфа-синуклеин, поэтому нацеливание на альфа-синуклеин в настоящее время считается наиболее перспективной стратегией для нейропротекторных препаратов для лечения мультисистемной атрофии. Рифампицин был первым препаратом, испытанным на пациентах с мультисистемной атрофией на предмет его потенциальных антиагрегационных свойств против альфа-синуклеина. Он успешно снижал олигомерные формы альфа-синуклеина на доклинических моделях. В рандомизированном, двойном слепом, плацебо-контролируемом исследовании 100 участников в возрасте 30–80 лет с мультисистемной атрофией были рандомизированы (1:1) на рифампицин 300 мг два раза в день или соответствующее плацебо (капсулы рибофлавина 50 мг). Результаты показали, что рифампицин не замедляет и не останавливает прогрессирование множественной системной атрофии. Было показано, что ингибирование миелопероксидазы, ключевого фермента, участвующего в генерации активных форм кислорода микроглией, улучшает двигательную функцию и снижает патологическую агрегацию альфа-синуклеина в доклинических моделях мультисистемной атрофии. Однако селективный ингибитор миелопероксидазы вердиперстат не достиг ожидаемой эффективности в клинических испытаниях. 12-недельное клиническое исследование фазы 2 не продемонстрировало значимого эффекта вердиперстата на активацию микроглии. Аналогично исследование фазы 3 с участием 336 пациентов с мультисистемной атрофией не достигло своих основных или ключевых вторичных целей. Будущие достижения в лечении мультисистемной атрофии зависят от более полного понимания сложной патофизиологии заболевания и выявления ранних диагностических биомаркеров. Развитие прецизионной медицины открывает многообещающие возможности для разработки персонализированных терапевтических стратегий, которые могли бы эффективно остановить прогрессирование мультисистемной атрофии.

10. Токсичность тяжелых металлов: механизм, воздействие на здоровье и терапевтические вмешательства

HeavyMetals Toxicity: Mechanism, Health Effects, and Therapeutic Interventions
Yu-feng Cheng et al.
MedComm 2025, 6, e702411
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12365346/pdf/MCO2-6-e70241.pdf

Тяжелые металлы, такие как хром, мышьяк, кадмий, ртуть и свинец, представляют собой класс загрязнителей окружающей среды, обладающих значительной токсичностью и представляющих серьезную угрозу для здоровья человека. В данном обзоре представлен всесторонний обзор биохимических свойств тяжелых металлов и их воздействия на клеточном, молекулярном и генетическом уровнях. Тяжелые металлы оказывают свое токсическое воздействие, вмешиваясь в различные внутриклеточные биохимические процессы, включая активность ферментов, синтез белка и энергетический метаболизм. Токсическое воздействие тяжелыми металлами особенно выражено в неврологической системе, где они могут наносить серьезный вред нервным клеткам, способствуя развитию нейродегенеративных заболеваний. Со временем накопление повреждений нервной системы, вызванных тяжелыми металлами, приводит к прогрессирующей деградации нейрональной функции и структурной целостности. Этот долгосрочный кумулятивный эффект в конечном итоге приводит к развитию спектра нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз и болезнь Хантингтона. Воздействие кадмия может привести к гибели нейронов, запуская митохондриальный апоптоз через множественные нейродегенеративные сигнальные пути. Многочисленные исследования продемонстрировали существенную корреляцию между уровнем кадмия в крови и смертностью от болезни Альцгеймера среди пожилого населения Америки, что указывает на то, что повышенный уровень кадмия в крови может служить значимым предиктором повышенного риска смертности от болезни Альцгеймера. Для устранения токсического воздействия тяжелых металлов требуется комплексное сочетание терапевтических стратегий, включающих хелатирующую терапию, антиоксиданты и поглотители свободных радикалов, поддерживающую терапию, профилактические меры и новые терапевтические технологии. Хелаторы тяжелых металлов продемонстрировали многообещающие терапевтические эффекты в клинических испытаниях. Проспективное экспериментальное исследование показало, что лечение с помощью длительного, прерывистого внутривенного введения этилендиаминтетрауксусной кислоты значительно снизило накопление свинца у здоровых бессимптомных лиц. Более того, в исследовании с участием 17 человек, отравленных свинцом, внутривенное лечение димеркаптоянтарной кислотой значительно увеличило экскрецию свинца с мочой и быстро облегчило неврологические и желудочно-кишечные симптомы, связанные с отравлением свинцом. В клинических испытаниях, проведенных в золотодобывающем регионе Филиппин, 106 пациентов с отравлением ртутью получали лечение пероральным приемом димеркаптопропансульфоновой кислоты в дозе 400 мг в день, в результате чего выведение ртути с мочой увеличилось в 85 раз. В настоящее время комбинированная стратегия лечения отравления тяжелыми металлами все еще находится на исследовательской стадии клинических испытаний. Примечательно, что новые терапевтические стратегии, такие как нанотехнологии, генная терапия и микробная модуляция, открывают новые направления и идеи для лечения токсичности тяжелых металлов и демонстрируют широкие перспективы применения. В совокупности эти стратегии обеспечат комплексную защиту от токсичности тяжелых металлов.

Ключевые выводы обзора «Perovskites Beyond Efficiency: Stability Challenges from Space to Earth

В 2024 году страны БРИКС вышли на лидирующие позиции в мировой энергетике, обеспечив уже 51% мировой генерации солнечной электроэнергии. На фоне этого глобального энергоперехода международная группа исследователей из Бразилии, России и Китая опубликовала в журнале Energy Advances обзорную статью «Perovskites Beyond Efficiency: Stability Challenges from Space to Earth».

Ученые указывают на принципиально разную природу требований к стабильности светопоглощающих материалов для солнечных батарей на основе перовскитных галогенидов металлов в зависимости от того, где они используются. Возникает неожиданный парадокс: эти материалы прекрасно противостоят жесткому космическому излучению и экстремальным перепадам температур, но при этом не выдерживают вполне земных условий — обычной влажности и умеренных тепловых колебаний.

Это наблюдение, подчеркивают авторы, не просто любопытное противоречие, а важнейший вывод. Разные среды диктуют разные механизмы деградации, а значит, попытки создать «универсально стабильный» перовскит изначально обречены. Вместо этого исследователям предстоит разрабатывать материалы, интерфейсы и устройства под конкретные задачи — отдельно для космоса и отдельно для наземной энергетики. Именно такой адресный подход, по мнению авторов, позволит вывести перовскитные солнечные элементы из разряда лабораторных рекордсменов в категорию надежных промышленных технологий.

Парадокс эффективности и долговечности

Сертифицированная эффективность перовскитных солнечных элементов сегодня достигает 27% для одиночных ячеек и превышает 30% в тандемных конфигурациях. Но, как подчеркивают авторы работы, для выхода на рынок этим показателям должно сопутствовать главное условие — срок службы не менее 25 лет.

Сегодня ситуация складывается парадоксально. Расчетная стоимость производства таких батарей может составлять всего 0,57 доллара за ватт, а себестоимость электроэнергии — 0,22 доллара за кВт·ч. Однако эти цифры остаются лишь теоретическими, пока не решена проблема деградации материалов под воздействием окружающей среды. Лабораторные рекорды разбиваются о суровую реальность: влажность, кислород и температурные качели разрушают структуру перовскита быстрее, чем предполагалось.

Космическая устойчивость против земной уязвимости

Один из самых интригующих выводов статьи связан с анализом поведения перовскитов в экстремальных условиях. Оказалось, что эти материалы демонстрируют поразительную радиационную стойкость, выдерживая дозы гамма-излучения до 10 МГр. Это делает их идеальными кандидатами для космической энергетики, высотных беспилотников и спутников, где ключевыми параметрами являются легкость, гибкость и устойчивость к жесткому излучению.

Однако на Земле ситуация меняется кардинально. Исследования показывают, что под воздействием тепла, света и влаги в материалах запускаются процессы фазовых переходов и миграции ионов, которые необратимо снижают производительность. «Мы наблюдаем иронию судьбы, — отмечают авторы, — материал, способный выдержать космическую радиацию, разрушается от обычного дождя и перепада дневных и ночных температур».

Стратегии защиты: от наноструктур до искусственного интеллекта

Для решения проблемы стабильности ученые предлагают несколько ключевых направлений, которые детально разбираются в обзоре.

Низкоразмерные структуры (2D/3D). Использование объемных органических молекул позволяет создать защитный слой на границах зерен перовскита. Это улучшает устойчивость к влаге, но требует тонкой настройки, чтобы не ухудшить перенос заряда. Исследователи ищут идеальный баланс между защитой и проводимостью.

Квантовые точки (0D). Перовскитные квантовые точки действуют как готовые «строительные блоки». Их можно наносить печатью при комнатной температуре, что открывает путь к масштабируемому производству. Современные методы замены лигандов (защитных оболочек) позволяют достигать эффективности таких устройств до 19%.

Легирование (замещение ионов). Замена части ионов свинца на редкоземельные металлы (европий, диспрозий, эрбий) подавляет образование дефектов и металлического свинца под воздействием света. Это продлевает жизнь материала даже в экстремальных условиях, включая высокие дозы облучения.

Особое внимание в статье уделено современным методам исследования. Традиционных лабораторных тестов уже недостаточно. Для понимания того, как именно материал разрушается на наноуровне, ученые все чаще используют синхротронные исследования и инфракрасную микроскопию (IR s-SNOM), позволяющие наблюдать за процессами деградации в реальном времени. Кроме того, в научный обиход активно внедряется искусственный интеллект, который помогает быстрее подбирать стабильные химические композиции и оптимизировать синтез.

Заключение: от гонки рекордов к инженерной надежности

Работа, выполненная в рамках инициативы БРИКС, служит напоминанием о том, что будущее возобновляемой энергетики зависит от международной кооперации. Основной посыл исследователей заключается в смене парадигмы: погоня за рекордной эффективностью должна уступить место работе над надежностью, воспроизводимостью результатов и созданием инженерных решений.

Перовскиты обладают огромным потенциалом для демократизации доступа к чистой энергии. Но их превращение из лабораторных прототипов в коммерческие продукты, способные десятилетиями работать под открытым небом, возможно только через глубокое понимание механизмов стабильности. Как подчеркивают авторы, будущее перовскитной фотовольтаики зависит не только от химии материалов, но и от способности научного сообщества решать широкий диапазон задач «от космических исследований до массового внедрения на Земле».

Ссылка на источник:

André F. V. Fonseca, Lyubov A. Frolova, Pavel A. Troshin, Jianyu Yu, Ana F. Nogueira // Perovskites Beyond Efficiency: Stability Challenges from Space to Earth // Energy Adv., 2026, IF=4.3

DOI: 10.1039/D5YA00315F

В мире химии макроциклы — это удивительные молекулы, способные прочно удерживать ионы металлов в своей внутренней полости. Среди них особое место занимают порфиразины — синтетические аналоги природных порфиринов, которые отличаются высокой стабильностью и уникальными электронными свойствами. Однако до недавнего времени оставался открытым вопрос: можно ли использовать один такой макроцикл для одновременного удержания нескольких парамагнитных атомов металла, чтобы они взаимодействовали друг с другом?

Международная группа исследователей под руководством Максима Фараонова и Дмитрия Конарева (ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН) нашла элегантное решение. В своей работе, опубликованной в журнале Crystal Growth & Design, они впервые получили кристаллические триметаллические комплексы на основе железного комплекса октаэтилтетрапиразинопорфиразина (( \mathrm{Fe^{II}(Et_8TPyzPz)} )).

Идея: «Центральный» и «гостевые» металлы

Ключевая инновация заключается в том, что макроцикл работает как многофункциональная платформа. Его центральная полость традиционно занята ионом железа(II). Но авторы обнаружили, что периферия этого макроцикла — так называемые мезо-положения и атомы азота пиразиновых колец — также способна координироваться на дополнительные ионы металлов.

Используя иодиды железа(II), кобальта(II) и диспрозия(III) в среде орто-дихлорбензола в присутствии противоионов тетрабутиламмония (( \mathrm{TBA^+} )), ученые получили три новых комплекса. В каждом из них центральный атом железа оказался «заперт» в привычной полости, но дополнительно связал два иодид-иона, образовав необычную координационную сферу (\mathrm{FeN_4I_2} ) (искаженная тетрагональная бипирамида). А вот на периферии разместились два «гостевых» металла: либо два иона железа(II) (комплекс 1), либо два иона кобальта(II) (комплекс 2), либо два иона диспрозия(III) (комплекс 3).

Структура: Экзо- и эндо- в одной молекуле

Рентгеноструктурный анализ подтвердил уникальность архитектуры. Центральный атом железа, окруженный четырьмя атомами азота макроцикла и двумя иодами, находится в низкоспиновом диамагнитном состоянии (( S = 0 )). Это означает, что он вносит лишь незначительный отрицательный вклад в магнитные свойства соединения, фактически выступая в роли «спейсера».

В то же время периферийные металлы проявляют себя иначе. Железо(II) и кобальт(II) на краю макроцикла образуют тетраэдрическое окружение ( \mathrm{MN_2I_2} ), связываясь с мезо-азотом и атомом азота пиразинового кольца. Они находятся в высокоспиновом состоянии (для Fe(II) ( S = 2 ), для Co(II) ( S = 3/2 )). Диспрозий(III) же, обладая большим ионным радиусом, координируется сразу к трем атомам азота (два азота из разных пиразиновых колец и один мезо-азот) и трем иодидам, формируя искаженную октаэдрическую геометрию.

Оптика и магнетизм: Слабая связь через «молчащий» центр

Важно, что образование комплексов не привело к изменению степени окисления самого макроцикла — он сохранил дианионное состояние (( \mathrm{(Et_8TPyzPz)^{2-}} )). Это подтверждается данными электронной спектроскопии: характерные полосы Соре (336–348 нм) и Q-полосы (645–655 нм) практически не сместились по сравнению с исходным соединением. Однако в спектрах появились новые широкие полосы в области 495–526 нм и вблизи 700 нм. Авторы связывают их с переносом заряда от периферийных металлов к макроциклу, что подтверждается и теоретическими расчетами (DFT).

Самый интересный результат был получен при изучении магнитных свойств. Несмотря на то, что периферийные металлы парамагнитны, их магнитные моменты практически не взаимодействуют друг с другом. Величина ( \chi_MT ) для комплексов 1 и 2 при комнатной температуре соответствует двум изолированным высокоспиновым центрам (Fe(II) или Co(II)). При охлаждении наблюдается лишь слабое антиферромагнитное взаимодействие, а само значение ( \chi_MT ) падает из-за эффекта расщепления в нулевом поле (ZFS). Поскольку и лиганд, и центральный ион железа(II) диамагнитны, металлопорифразин выступает в роли «глушителя» магнитного обмена между двумя внешними металлами. Расстояние между периферийными металлами слишком велико для прямого обмена, а передача взаимодействия через диамагнитный «мостик» крайне неэффективна.

Для комплекса с диспрозием(III) также не было обнаружено ни внутримолекулярного, ни межмолекулярного обмена. Кроме того, ни одно из соединений не проявило медленной релаксации намагниченности (свойства, характерного для молекулярных магнитов, SIM). Исследователи полагают, что это связано с неоптимальным лигандным окружением для экзоциклических ионов.

Выводы и перспективы

Работа демонстрирует, что макроциклы — это не просто «контейнеры» для одного металла, а полноценные платформы для создания многоядерных конструкций. Ученым удалось впервые получить кристаллические триметаллические комплексы, где центральный и периферийные металлы играют разные роли: один — «молчащий» структурный элемент, другие — «активные» парамагнитные центры.

Авторы предлагают два пути для дальнейшего усиления магнитного взаимодействия в таких системах:

1. Введение неспаренного электрона на макроцикл путем его дополнительного восстановления или окисления. Это могло бы создать «проводящий» канал для обмена между металлами.
2. Использование макроциклов с более протяженной π-системой, например, нафталоцианинов. Это позволило бы организовать π-стэкинг между соседними комплексами в кристалле и, возможно, создать более сильные коллективные магнитные эффекты.

Таким образом, работа открывает новые возможности для дизайна мультиметаллических парамагнитных материалов с заданными свойствами, которые могут найти применение в молекулярной электронике и спинтронике.

Исследование выполнено при участии следующих научных центров:

1. Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук (ФИЦ ПХФМХ РАН), Черноголовка, Россия.
2. Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН), Москва, Россия.
3. Факультет фундаментальной физико-химической инженерии Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (МГУ), Москва, Россия (соавтор Т. Е. Иванов имеет двойную аффилиацию).
4. Отделение химии, Высшая школа наук, Киотский университет (Kyoto University), Киото, Япония.

Maxim A. Faraonov, Nikita R.Romanenko, Timur E. Ivanov, Denis  V.Korchagin, Gennady V. Shilov, Ilya A. Yakushev, Alexander F. Shestakov, Akihiro Otsuka, Hiroshi Kitagawa, and Dmitri V. Konarev // CrystallineTrinuclearExo-andEndocyclicComplexesofa TetrapyrazinoporphyrazineLigandwith3d-and4f-Metals  // Crystal Growth & Design, Q-1, IF=3.4

https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5c01809

В области молекулярного магнетизма исследователи постоянно ищут способы управлять магнитными свойствами вещества на самом маленьком уровне — уровне отдельных молекул. Особый интерес здесь представляют так называемые мономолекулярные или как частный случай моноиоонные магниты (Single–molecule или Single-Ion Magnets, SMM or SIMs). Это молекулы, которые способны сохранять намагниченность после отключения магнитного поля, подобно крошечным стрелкам компаса. Однако для того, чтобы такая молекула «включила» в себе такое свойство, атомное окружение металла (или металлического центра) должно быть выстроено определенным образом.

Российская группа исследователей под руководством Эдуарда Борисовича Ягубского (ФИЦ ПХФ и МХ РАН) совершила удивительное открытие, наблюдая за превращением одного комплекса железа в другой. Данная работа, опубликованная в журнале Dalton Transactions (Q-1, IF=3.5), описывает редкий случай, когда в рамках одного монокристалла происходит изменение молекулярной и кристаллической структуры соединения, при этом кристалл сохраняется как целое (это явление называют трансформацией монокристалл-монокристалл), и в результате этого процесса в комплексе Fe(II) «включаются» свойства моноионного магнита.

Два лица одного соединения

В центре этой истории — комплекс двухвалентного железа с пентагонально-бипирамидальным координационном окружением центрального иона, основание этой бипирамиды формируется донорными атомами пентадентатного N₃S₂-лиганда, а сверху и снизу к нему могут присоединяться другие молекулы или ионы — так называемые аксиальные лиганды.

Изначально были получены кристаллы комплекса 1 (рис.1a), формулу которого можно упрощенно описать как [Fe(H₂L)(MeOH)₂]Cl₂*MeOH. В этом соединении в аксиальных позициях находятся нейтральные молекулы метанола (MeOH), а два отрицательно заряженных иона хлора (Cl⁻) играют роль противоионов. Кроме того, еще одна молекула метанола выступает как сольватная.

Кристалл 1 легко теряет молекулы метанола (как сольватные, так и координированные к иону Fe), но не рассыпается в порошок (хотя и трескается), а перестраивается в новый монокристалл —  нейтрального комплекса 2, имеющего другую формулу [Fe(H₂L)Cl₂] (рис.1б)

Что же произошло внутри?

Используя метод рентгеноструктурного анализа, исследователям удалось заглянуть внутрь кристалла и визуализировать произошедшие в кристалле изменения (рис.2). Молекулы метанола исчезли, а их место в апикальных позициях комплекса заняли ионы хлора, которые ранее были по соседству в кристаллической структуре. В результате из положительно заряженного комплекса получился нейтральный, а расстояние от центрального атома железа до новых аксиальных лигандов (хлора) заметно увеличилось.

Это похоже на то, как если бы в архитектурном сооружении несущие колонны внезапно заменили на другие, более высокие, и здание, сохранив свою общую форму, радикально изменило свои внутренние свойства. Такие превращения, при которых нейтральные лиганды замещаются противоионами прямо в твердом теле, встречаются крайне редко.

Магнетизм: было — не стало, стало — появилось

Еще один сюрприз ожидал исследователей, когда они начали изучать магнитные свойства двух описанных комплексов.

• Исходный комплекс 1, содержащий аксиальные молекулы метанола, оказался совершенно обычным парамагнетиком и не демонстрировал свойств моноионного магнита.
• А вот результат его монокристальной трансформации — комплекс 2 — напротив, демонстрирует в приложенном магнитном поле и низких температурах медленную магнитную релаксацию намагниченности, т.е. показывает характерное поведение индуцированного полем моноионного магнита.
• Исследователи выяснили, что замена аксиальных лигандов с кислородсодержащих (метанол) на хлорид-ионы в процессе монокристальной трансформации кардинально меняет электронную структуру комплекса, формируя магнитную анизотропию с«легкой осью» намагничивания. Более того, использование серосодержащего экваториального лиганда вместо его кислородного аналога, позволило авторам почти вдвое увеличить энергетический барьер, который «мешает» магниту перемагничиваться (эффективный барьер перемагничивания составил 98 К против 53K), что является отличным показателем для подобных соединений.
• Помимо РСА и магнитометрии контроль за процессом трансформации проводился методами мёссбауэровской и EXAFS-спектроскопии.

Неожиданная обратимость

Красота этой истории еще и в том, что трансформация оказалась обратимой. Если взять комплекс 2, растворить его в горячем метаноле, то ионы хлора снова покидают аксиальные позиции железа(II), уступив место молекулам растворителя- метанола, и из раствора снова вырастают кристаллы исходного комплекса 1. Эта химическая «пинцетная игра» демонстрирует удивительную гибкость и адаптивность таких молекулярных систем.

Данное исследование — не просто описание красивой химической «сказки». Оно предлагает новый, очень изящный способ управления магнитными свойствами материалов. Сама возможность «включать» и «выключать» свойства молекулярного магнита простым воздействием (например, высушиванием или нагревом) в твердотельной среде открывает перспективы для создания сенсоров, переключателей и устройств хранения информации нового поколения. И все это — благодаря аккуратной миграции ионов и молекул внутри сохраняющегося монокристалла.

В исследовании принимали участие научные сотрудники ФИЦ ПХФ и МХ РАН:  В. Д. Сасновская, М. А. Благов, Д. В. Корчагин, М. В. Жидков, А. И. Дмитриев, Э. Б. Ягубский

В тесном сотрудничестве с коллегами из других исследовательских центров:

Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН (ИФТТ РАН), Черноголовка

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва

Leokadiya V. Zorina, Sergey V. Simonov, Valentina D. Sasnovskaya, Maxim A. Blagov, Denis V. Korchagin, Mikhail V. Zhidkov, Alexei I. Dmitriev, Evgenii V. Khramov  and Eduard B. Yagubskii // The single‑crystal to single‑crystal transformation in pentagonal bipyramidal Fe(II) complex with N3S2 chelating ligand: switching on single-ion magnet properties via axial ligand substitution† // Dalton Transactions,  Q-1, IF=3.5