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La technique d'imagerie nouvelle brille la lumière neuve sur les molécules complexes de coordination

Les composés de coordination ont des structures moléculaires qui se composent d'un ou des atomes multiples en métal au centre, entourées par des atomes de non-métal. Leur fascination des propriétés matérielles et chimiques, qui ont des applications significatives dans la science des matériaux, dépendent en grande partie de leur structure moléculaire. Ainsi, une analyse définitive de leur structure moléculaire est nécessaire non seulement pour comprendre leurs propriétés, mais également pour concevoir les composés de coordination spécifiques avec des fonctionnements visés.

Bien que plusieurs méthodes analytiques soient procurables pour la détermination structurelle des composés de coordination, elles chacune ont leurs propres limitations. Par exemple, la cristallographie de rayon X peut seulement déterminer la structure des composés cristallins, alors que la résonance magnétique nucléaire ne peut pas fournir des résultats exacts quand les atomes paramagnétiques sont impliqués. Une technique plus récente de microscopie, la microscopie électronique annulaire plongée de boîte de vitesses de lecture de foncé-inducteur (HAADF-STEM), qui a révolutionné l'inducteur de la représentation moléculaire avec la visualisation en temps réel des molécules uniques de coordination, est également limitée à l'observation des molécules simples et planaires. Par conséquent, la détermination structurelle des conformations variées (toutes les orientations dans l'espace possibles des atomes) des molécules polynucléaires cristallines et amorphes de coordination demeure encore inconnue.

Pour établir ce lien, une équipe de recherche de l'Institut de Technologie de Tokyo, abouti par professeur Kimihisa Yamamoto et professeur agrégé Takane Imaoka, ont développé une technique d'imagerie nouvelle utilisant un traceur de métal-atome dans HAADF-STEM pour déterminer les structures conformationnelles des composés de coordination polynucléaires complexes et à plusieurs branches. Leurs découvertes sont publiées dans des avances de la Science.

Expliquant la méthode neuve, des conditions de prof. Imaoka, « utilisant l'iridium comme traceur en métal, parce que son numéro atomique élevé (Z=77) fournira à une meilleure visualisation HAADF-STEM, nous avons synthétisé les composés dendritiques de phenylazomethine fixés (DPA) par iridium. Puis, nous avons déterminé les états de marche optima pour HAADF-STEM, sous lequel les différentes conformations de ces composés à plusieurs branches de DPA pourraient être déterminées avec le de grande précision. »

Pour déterminer les états de marche optima pour HAADF-STEM, les chercheurs ont observé des échantillons de composé d'iridium-DPA, dispersés sur la surface du nanopowder de graphene, dans un grand choix d'états de marche. Ils ont trouvé cela ramenant le faisceau actuel à 7 PA et à durée d'exposition selon le pixel à 8 micro-secondes et employant l'agrandissement inférieur aidé pour réduire les dégâts au composé d'iridium-DPA et ont permis l'observation couronnée de succès de sa structure. Les atomes d'iridium apparaissent en tant qu'endroits lumineux dans les images de HAADF-STEM, indiquant leur position dans la structure de la molécule.

Par le passé l'image de HAADF-STEM de la molécule d'iridium-DPA a été obtenue utilisant les conditions optimas, les chercheurs comparés il aux images simulées de toutes les conformations possibles de la molécule pour trouver la correspondance la plus proche. Les structures captées dans les images expérimentales de HAADF-STEM équipées extrêmement bien des structures conformationnelles simulées. Ainsi, l'orientation conformationnelle la plus précise d'une molécule peut être facilement déterminée en comparant HAADF-STEM et images simulées.

Les applications possibles de cette technologie de HAADF-STEM guidée par métal lourd sont non seulement limitées aux composés de coordination d'analyse de la structure. Mettant en valeur les travaux futurs, les remarques de prof. Imaoka, « notre étude est un effort pilote en structures conformationnelles de représentation des macromolécules complexes. Car cette technologie est efficace pour les composés cristallins et amorphes, nous croyons que cette technologie peut également être appliquée pour la détermination des structures des peptides multinuclear par la complexation avec des atomes en métal de traceur, et le travail sur cet endroit est déjà dessous progrès. »

Source:
Journal reference:

Takada, K., et al. (2021) Metal atom-guided conformational analysis of single polynuclear coordination molecules. Science Advances. doi.org/10.1126/sciadv.abd9887.