Metalliske komplekser lavet af cykliske molekyler

I polymetalliske komplekser, to eller flere metalatomer kombineres med organiske molekyler til større, komplicerede molekylære strukturer. Sådanne komplekser bruges i udviklingen af ​​f.eks. nye katalysatorer, molekylære magneter og sensorer. I fortiden, polymetalliske komplekser blev ofte syntetiseret ved trial-and-error-metoden til at blande metalioner med organiske ligander, resulterer i uforudsigelige forbindelser. Den moderne tilgang involverer makrocykler:organiske molekyler med en ringstruktur. Det indre rum af makrocykliske molekyler kan bruges til at forankre et polymetallisk kompleks under dets dannelse, et 'trick', der muliggør reproducerbar syntese af forudsigelige slutprodukter. Shigehisa Akine fra Kanazawa University, Mark MacLachlan fra University of British Columbia (UBC) og NanoLSI (Kanazawa University), og UBC Ph.D. studerende Mohammad Chaudhry har nu udgivet en omfattende oversigt over syntesen af ​​polymetalliske komplekser via makrocyklusruten, som også diskuterer, hvordan visse egenskaber ved et kompleks kan tunes ved at ændre sammensætningen af ​​den anvendte makrocyklus.

Forskerne diskuterer først feltets oprindelse. I 1970'erne, det blev vist, at såkaldte [2+2] makrocykliske dinukleære komplekser kunne dannes ved at bruge en relativt simpel organisk forbindelse, med molekylformel C ₉ H ₈ O ₃ , som byggesten. Disse dinukleare komplekser består af to metalatomer, der sidder i et organisk 'væv' med 2-fold symmetri. Lignende Robson makrocykler, som de hedder, kan fås med 6 metaller, med den overordnede [3+3] struktur, der har 3-fold (trekant) symmetri. Robson makrocykler forskes stadig i dag, men metoden forbliver noget uforudsigelig.

Forskerne forklarer derefter, hvordan [2+2] (med dobbelt symmetri) og [3+3] (med trekantet symmetri) makrocykler også optræder i moderne design. [3+3]-forbindelserne forskes i dag aktivt på grund af deres potentiale som enkeltmolekyle-magneter - molekyler, der udviser (para)magnetisme. Ved hjælp af makrocykler, de magnetiske egenskaber af de efterfølgende molekyler kan tunes ved at ændre klyngestørrelse og sammensætning. Med hensyn til [2+2] komplekserne, disse er bemærket for at have hulrum, der kan udnyttes til at skabe unikke klynger.

En anden interessant klasse af multimetalliske strukturer er 'Pacman-makrocyklerne', bygget af ligander, der viser en kløft. Denne geometri kan bruges til at fange og aktivere små metal-ligand-metal-molekyler. I denne sammenhæng, Pacman makrocykler med to uranatomer er blevet intensivt undersøgt i forbindelse med behandling af nukleart affald. Akine, MacLachlan og Chaudhry viser også, at mere generelt, ved at bruge Pacman-ligander, Det er lykkedes kemikere at fremstille flere strukturelt og kemisk unikke polymetalliske komplekser.

Den sidste type makrocykler diskuteret af forskerne har pyridinringe (pyridin ligner benzen, med én CH-enhed erstattet af nitrogen). Pyridin-ring makrocykler tilbyder høj fleksibilitet, og kan bruges til at syntetisere en række komplicerede multimetalliske strukturer - forfatterne giver masser af eksempler på sølvholdige komplekser.

Forskerne afslutter deres anmeldelse med et blik på dette fascinerende forskningsområde. Specifikt, de bemærker, at en fremtidig tendens sandsynligvis vil være efterligningen af ​​aktiviteten af ​​naturligt forekommende klynger i levende systemer. Ja, polymetalliske komplekser spiller nøgleroller i vigtige reaktioner såsom reduktion af nitrogen til ammoniak og oxidation af carbonmonoxid til carbondioxid.