Nowa technologia obrazowania molekularnego rzuca nowe światło na złożone cząsteczki koordynacyjne

Naukowcy z Tokyo Institute of Technology (Tokio Tech) wyjaśniają, że do identyfikacji złożonych struktur konformacyjnych zarówno wielojądrzastych, krystalicznych, jak i amorficznych koplanarnych cząsteczek koordynacyjnych można zastosować wysokokątną, pierścieniową mikroskopię skaningową w ciemnym polu. Wykorzystując iryd jako metal śladowy, udało im się określić różne konformacje wysoce skoordynowanej cząsteczki związku. Otworzyło to możliwości obrazowania i projektowania złożonych cząsteczek organicznych i nieorganicznych.

Jego związki koordynacyjne struktury molekularne Który składa się z jednego lub więcej atomy metali W środku w otoczeniu niemetalicznych atomów. Znakomite fizyczne i Właściwości chemiczne, który ma ważne zastosowania w materiałoznawstwie, jest w dużej mierze zależny od jego molekuł Struktura. Konieczna jest więc ostateczna analiza jego struktury molekularnej, nie tylko dla zrozumienia jej właściwości, ale także dla konkretnego projektu koordynacja Pojazdy z ukierunkowanymi funkcjami.

Chociaż kilka Metody analityczne Dostępne do identyfikacji strukturalnej związków koordynacyjnych, z których każdy ma swoje ograniczenia. Na przykład krystalografia rentgenowska może jedynie określić strukturę związków krystalicznych, podczas gdy NMR nie może dostarczyć dokładnych wyników, gdy zaangażowane są atomy magnetyczne. Nowoczesna technologia mikroskopii, skanowanie pierścieniowe ciemnego pola pod dużym kątem elektronowy mikroskop transmisyjny (HAADF-STEM), który zrewolucjonizował dziedzinę obrazowania molekularnego dzięki wizualizacji pojedynczych cząsteczek koordynacyjnych w czasie rzeczywistym, ogranicza się również do obserwacji cząsteczek prostych i planarnych. Stąd też strukturalne określenie różnych konformacji (wszystkich możliwych orientacji przestrzennych atomów) krystalicznej i amorficznej koordynacji wielojądrowej. molekuły wciąż niezbadane.

Aby wypełnić tę lukę, zespół naukowców z Tokyo Institute of Technology, kierowany przez profesora Kimihisę Yamamoto i profesora nadzwyczajnego Takane Imaokę, opracował nową metodę obrazowania wykorzystującą śledzenie atomów metalu w HAADF-STEM do identyfikacji struktur konformacyjnych kompleksu i wysoce dendrytyczne wielojądrowe związki koordynacyjne. Ich odkrycia zostały opublikowane w postęp naukowy. Prof. Imaoka wyjaśnia nową metodę, że „Użycie irydu jako znacznika metalu, ze względu na jego wyższą liczbę atomową (Z = 77) zapewni lepszą wizualizację. Używając HAADF-STEM, zsyntetyzowaliśmy fenyloazometynę stabilizowaną irydem (DPA). określił optymalne warunki pracy dla HAADF-STEM, w których różne konformacje wysoce usieciowanych DPA można określić z najwyższą dokładnością.”

Aby określić optymalne warunki pracy HAADF-STEM, naukowcy obserwowali próbki związku iryd-DPA rozproszonego na powierzchni nanoproszku grafenu w różnych warunkach pracy. Odkryli, że zmniejszenie prądu wiązki do 7 Pa i czasu ekspozycji na piksel do 8 mikrosekund oraz zastosowanie mniejszego powiększenia pomogło zmniejszyć uszkodzenia kompozytu iryd-DPA i umożliwiło skuteczne monitorowanie jego struktury. Atomy irydu pojawiają się jako jasne plamy na obrazach HAADF-STEM, co wskazuje na ich położenie w strukturze molekuły.

Po uzyskaniu obrazu HAADF-STEM cząsteczki irydu-DPA w optymalnych warunkach, naukowcy porównali go z symulowanymi obrazami wszystkich możliwych dopasowań cząsteczki, aby znaleźć najbliższe dopasowanie. Struktury uchwycone w eksperymentalnych obrazach HAADF-STEM bardzo dobrze zgadzają się z symulowanymi strukturami harmonicznymi. Zatem najdokładniejszą orientację konformacyjną cząsteczki można łatwo określić, porównując obrazy HAADF-STEM i symulowane.

Potencjalne zastosowania metali ciężkich zorientowanych metodą HAADF-STEM nie ograniczają się do związków koordynacyjnych do analizy strukturalnej. Prof. Imaoka podkreśla przyszłe prace: „Nasze badanie jest pionierskim wysiłkiem w obrazowaniu struktur konformacyjnych złożonych makrocząsteczek. Ponieważ technologia ta jest skuteczna zarówno w przypadku kryształów, jak i amorficznych Zespoły mieszkanioweUważamy, że ta technika może być również stosowana do określania złożoności struktur peptydów wielojądrzastych przy użyciu atomów metali odczynników, a prace w tej dziedzinie już trwają”.