‘Asimetrik alaşımlama’ yeni nesil ışıldayan malzemeleri nasıl yaratıyor?

Metal küme molekülleri, metal-metal ve metal-ligand bağlarıyla bir arada tutulan birden fazla metal atomu içeren ayrı bileşiklerdir. Katalizörler, biyosensörler ve hatta ilaç geliştirme için mükemmel adaylar olarak hizmet ederler. Bu tür metal kümeleri için atomik düzeyde moleküler düzenleme yöntemleri geliştirmek, önemli bir zorluk olmaya devam ediyor ve bunların yapısal ve işlevsel çeşitliliğini genişletmek için umut verici bir stratejiyi temsil ediyor. Bu tür yaklaşımlar yapıya özgü özellikleri, yüksek yakın kızılötesi (NIR) fotolüminesans kuantum verimlerini ve benzersiz reaktiviteleri ve elektronik yapıları mümkün kılabilir.

Alaşımlama bu hedefe ulaşmak için güçlü bir yöntemdir. Bu bağlamda, önemli bir zorluk, heterometal atomlarını seçici olarak eşdeğer olmayan bölgelere yerleştirerek, kümenin simetrisini bozarak ve dolayısıyla kiralite ile ilişkili işlevsellik kazandırarak metal kümesine asimetri getiren asimetrik alaşımlamadır.

Ayrıca, heterometalik kümeler için oldukça seçici asimetrik sentez yöntemlerinin, kayroptik malzemelerin geliştirilmesine önemli ölçüde katkıda bulunması beklenmektedir. Bununla birlikte, bu tür kontrollü asimetrik sentezi başarabilen yöntemler nadiren rapor edilmiştir.

Yeni bir asimetrik alaşımlama yöntemi

Yeni bir çalışmada, Japonya’nın Tokyo Bilim Üniversitesi (TUS) Bilim ve Teknoloji Araştırma Enstitüsü’nden Profesör Mitsuhiko Shionoya liderliğindeki bir araştırma ekibi, karbon merkezli altın(I)-gümüş(I) iyon kümelerinden asimetrik çokyüzlüler oluşturan asimetrik bir alaşımlama yöntemini başarıyla gösterdi.

Çalışma şu tarihte yayınlandı: Doğa İletişimi.

Prof. Shionoya, “Asimetrik sentez yoluyla, karbon merkezli bir altın(I)-gümüş(I) kiral iki başlıklı kare antiprizma çokyüzlü küme oluşturduk. Bu yaklaşım aynı zamanda enantioselektif yapısal kontrolü de mümkün kılıyor” diye açıklıyor.

“Ayrıca elde edilen kümeler, kiral algılama uygulamaları için önemli olan fosforesans ve farklı kiraliteye bağlı özellikler sergiliyor.”

Ekipte ayrıca Japonya’nın Moleküler Bilim Enstitüsü ve SOKENDAI Hesaplamalı Bilim Araştırma Merkezi’nden Profesör Masahiro Ehara’nın yanı sıra Çin’in Fuzhou Üniversitesi Kimya Fakültesi Fujian Eyaleti Gelişmiş İnorganik Oksijenli Malzemeler Anahtar Laboratuvarı’ndan Profesör Zhen Lei de yer aldı.

Çalışmaları dergide yayınlandı Doğa İletişimi.

Kümenin nasıl oluşturulduğu

Asimetrik alaşımlamayı araştırmak için araştırmacılar oldukça simetrik bir karbon(C) merkezli altıgen(I) kümesi (CAu) seçtiler.^BEN₆), iyi tanımlanmış bir oktahedral yapıya sahiptir.

Önceki çalışmalarına göre araştırmacılar, bu bileşiğin uygun reaktiviteye, yüksek stabiliteye ve prokiral yapıya sahip olduğunu ve bu çalışma için harika bir aday kiral çerçeveyi temsil ettiğini bulmuşlardır.

Araştırmacılar, trifenilfosfin korumalı bir CAu’ya gümüş trifloroasetat eklenmesinin^BEN₆ küme, karbonda kiral heksagümüş(I) alaşımlı bir tetragoldmetan (CAu) üretti^BEN₄Ag^BEN₆) iki altın(I) atomunun aşındırılmasıyla kümelenir.

Tek kristalli X-ışını yapı analizi, merkezi karbon atomu çevresinde altın(I) ve gümüş(I) atomlarının kiral düzenini ve iki başlıklı kare antiprizma yapısını gösterdi.

Kiral özellikler ve gelecek vaadi

Araştırmacılar ayrıca CAu’nun seçici asimetrik sentezini de gösterdiler.^BEN₄Ag^BEN₆ spesifik optik olarak aktif homokiral karboksilat ligandlarını kullanan enantiyomerler. Ayrıca her enantiyomer, kırmızıdan NIR’ye fosforesans ve dairesel dikroizm ve dairesel polarize lüminesans dahil olmak üzere farklı kayroptik aktivite sergiledi.

Araştırmacılar ayrıca hesaplamalı analizler yoluyla kümelerin bağlanma özelliklerini araştırdı ve C-Au’nun nasıl olduğunu ortaya çıkardı.^BEN tahviller ve C^…Ag^BEN etkileşimler benzersiz elektronik yapılarına ve kiralitelerine katkıda bulunur.

Prof. Shionoya, “Yaklaşımımız, uygun heterojen metal iyonları ve asimetrik sentezin eşlik ettiği atomik düzeyde aşındırma yoluyla metal iyon kümelerinin yapısını kontrol etmek için yeni bir yolu temsil ediyor” diyor. “Bu, kiral ışıldayan nanomateryallerin yaratılmasının önünü açacak ve potansiyel olarak fotofonksiyonel materyaller alanına büyük katkı sağlayabilir.”

Bu yenilikçi strateji, metal kümelerinin atomik düzeyde hassas alaşımlanması ve stereo kontrolü için yeni bir paradigma oluşturur ve çok çeşitli fonksiyonel malzeme uygulamaları için potansiyel sonuçlar doğurur.