Оптическая экзальтация оказалась важной электронной и классификационной характеристикой веществ, применяемых в современных (нано)технологиях

Полупроводниковые и электропроводящие полисопряженные системы (ПСС), находящие широкое применение в современной технике (электронике, солнечной электроэнергетике, суперконденсаторах, биосенсорах и др.), различаются по своей структуре и свойствам. Возникает естественная потребность создать их рациональную номенклатуру и провести систематизацию, отыскав подходящий для этого инструмент. Радикальный пересмотр феномена оптической экзальтации д.х.н. Борисом Александровичем Зайцевым, ведущим научным сотрудником Института высокомолекулярных соединений Российской академии наук, предоставил такой инструмент, позволяющий измерить величину (степень) подвижности электронов в ПСС.

Оптическая экзальтация, основанная на рутинном измерении показателя преломления (одного из критериев чистоты вещества), является количественной мерой подвижности электронов в молекулах органических соединений.

Оптическая экзальтация была обнаружена на рубеже XIX и XX веков для веществ с системой сопряжения, в молекулах которых простая одинарная связь находится между двумя двойными или тройными связями. Обычные органические соединения состоят из молекул с углеродными атомами, соединенными между собой только одинарными связями. Они не проявляют экзальтаций и являются типичными диэлектриками, неспособными проводить электрический ток. Электроны одинарных связей локализованы между смежными атомами углерода. В отличие от обычных веществ, полисопряженные соединения с регулярно чередующимися одинарными и кратными связями, содержащие высокоподвижные электроны, показывают высокие экзальтации и (полу)проводниковые свойства.

На протяжении первой половины XX века оптическая экзальтация фактически служила лишь качественной характеристикой сопряжения кратных связей в молекуле. Попытка использовать её как критерий повышенной подвижности электронов оказалась тогда обреченной на неудачу. Показатель преломления, из которого она выводится, является суммарной величиной, содержащей вклады в подвижность электронов как одинарных, так и сопряженных кратных связей. В начале XX века, когда ещё только зарождались основы современного естествознания, надежное выделение вкладов, обусловленных сопряжением, оказалось трудной задачей и приводило к заниженным значениям экзальтации. Дополнительные погрешности возникали из-за измерений показателя преломления, а также плотности, от которой он зависит, недостаточно очищенных веществ. Поэтому, начиная со второй половины XX века, оптическая экзальтация постепенно утрачивает свое значение и в настоящее время практически не используется для оценки подвижности электронов.

«Реабилитация» такой забытой характеристики, как оптическая экзальтация, д.х.н. Б.А. Зайцевым позволила   предложить новый подход к её определению, произвести анализ и тщательный отбор основных физических констант (показатель преломления и плотность) органических соединений высокой чистоты из наиболее надежных литературных источников. В результате этой работы было показано, что существует прямо пропорциональные зависимости между обновленными оптическими экзальтациями, числом электронов в сопряженной системе и электронными характеристиками, извлеченными из других физических и химических свойств различных сопряженных веществ.

Литература

1. Б.В. Иоффе. Рефрактометрические методы химии. 3-е изд., Л.: Химия, 1983. – 352 с.
2. А.А. Берлин и др. Химия полисопряженных систем. М.: Химия, 1972. – 272 с.
3. Zaitsev B.A. Estimate of Hyperconjugation Strength in Alkylaromatics and Unsaturated Hydrocarbons Derived from Refractometric Data / Current Organic Chemistry – 2019. — Т. 23, № 23. – С. 2598-2613 (Impact Factor: 2.22). DOI: 2174/1385272823666191108100747
4. Zaitsev B.A. Quantitative Estimate of the Resonance Effects in Some Unsaturated, Monocyclic, and Aro-matic Hydrocarbons Based on the Renewed Optical Exaltations / Current Organic Chemistry. – 2022. – T. 26, № 1. – С. 42-59. (Impact Factor: 2.22). DOI: 2174/1385272825666211126143032