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O método novo da imagem lactente brilha a luz nova em moléculas complexas da coordenação

Os compostos de coordenação têm as estruturas moleculars que consistem em um ou em átomos múltiplos do metal no centro, cercadas por átomos do metalóide. Seu fascinar as propriedades físicas e químicas, que têm aplicações significativas na ciência material, depende pela maior parte de sua estrutura molecular. Assim, uma análise definitiva de sua estrutura molecular é necessária não somente para compreender suas propriedades, mas igualmente para projetar compostos de coordenação específicos com funções visadas.

Embora diversos métodos analíticos estão disponíveis para a determinação estrutural de compostos de coordenação, cada um têm suas próprias limitações. Por exemplo, o cristalografia do raio X pode somente determinar a estrutura de compostos cristalinos, quando a ressonância magnética nuclear não puder fornecer resultados exactos quando os átomos paramagnéticos são involvidos. Uma técnica mais recente da microscopia, microscopia de elétron de transmissão anular da exploração do escuro-campo do alto-ângulo (HAADF-STEM), que revolucionou o campo da imagem lactente molecular com visualização do tempo real de únicas moléculas da coordenação, é limitada igualmente à observação de moléculas simples e planares. Daqui, a determinação estrutural das várias conformações (todas as orientações espaciais possíveis dos átomos) de moléculas polynuclear cristalinas e amorfas da coordenação permanece inexplorada.

Para construir uma ponte sobre esta diferença, uma equipe dos pesquisadores do Instituto de Tecnologia do Tóquio, conduzida pelo professor Kimihisa Yamamoto e professor adjunto Takane Imaoka, desenvolveu um método novo da imagem lactente usando um projétil luminoso do metal-átomo em HAADF-STEM para determinar as estruturas conformational do complexo e de compostos de coordenação polynuclear altamente ramificados. Seus resultados são publicados em avanços da ciência.

Explicando o método novo, estados do prof. Imaoka, “usando o irídio como um projétil luminoso do metal, porque seu número atômico alto (Z=77) fornecerá o melhor visualização o HAADF-STEM, nós sintetizamos compostos dendrítico fixados irídio (DPA) do phenylazomethine. Então, nós determinamos as condições de funcionamento as melhores para HAADF-STEM, sob que as conformações diferentes destes ramificaram altamente compostos dos DPA poderiam ser determinadas com a precisão a mais alta.”

Para determinar as condições de funcionamento as melhores para HAADF-STEM, os pesquisadores observaram as amostras de composto dos irídio-DPA, dispersadas na superfície do nanopowder do graphene, sob uma variedade de circunstâncias de funcionamento. Encontraram aquele que reduz o feixe actual a 7 pA e a tempo de exposição pelo pixel a 8 microssegundos e que usa a baixa ampliação ajudada a reduzir o dano ao composto dos irídio-DPA e permitiram a observação bem sucedida de sua estrutura. Os átomos do irídio aparecem como pontos brilhantes nas imagens de HAADF-STEM, indicando sua posição na estrutura da molécula.

A imagem de HAADF-STEM da molécula dos irídio-DPA foi obtida uma vez usando as circunstâncias as melhores, os pesquisadores comparou-a às imagens simuladas de todas as conformações possíveis da molécula para encontrar o fósforo o mais próximo. As estruturas capturadas nas imagens experimentais de HAADF-STEM cabidas extremamente bem com as estruturas conformational simuladas. Assim, a orientação conformational a mais exacta de uma molécula pode facilmente ser determinada comparando HAADF-STEM e imagens simuladas.

As aplicações potenciais desta tecnologia guiada metal pesado de HAADF-STEM são limitadas não somente aos compostos de coordenação da análise estrutural. Destacando o trabalho futuro, as observações do prof. Imaoka, “nosso estudo são um esforço de abertura de caminhos em estruturas conformational da imagem lactente de macromoléculas complexas. Porque esta tecnologia é eficaz para compostos cristalinos e amorfos, nós acreditamos que esta tecnologia pode igualmente ser aplicada para a determinação das estruturas de peptides multinuclear com o complexation com os átomos do metal do projétil luminoso, e o trabalho nesta área é já abaixo progresso.”

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.