Un equipo de investigación dirigido por el profesor Chi-Ming Che y el Dr. Jun Yang, de la División de Investigación de Química y el Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Hong Kong, ha resuelto un problema fundamental de larga data en el campo de la interacción de capa cerrada metal-metal. Este trabajo ha sido publicado en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) .

Interacción de carcasa cerrada metal-metal, también conocido como metalophilicity, tiene un gran impacto en diversos campos de la química, tales como química supramolecular y química organometálica. Los primeros informes sobre metalophilicity se remontan a la década de 1970. Muchos químicos teóricos destacados de todo el mundo hicieron contribuciones en este campo, como Roald Hoffmann (premio Nobel de Química en 1981), Pekka Pyykkӧ, etc. La metalophilicity es importante en la fabricación de autoensamblajes por complejos de metales de transición, que ha demostrado aplicaciones profundas en semiconductores orgánicos, Materiales optoelectrónicos funcionales y biosensibles.

Yendo más allá de la sabiduría convencional

El término "metalophilicity" se originó en Europa y ha sido ampliamente utilizado por los químicos como un principio rector en los estudios de diseño molecular y para racionalizar las propiedades espectroscópicas de los complejos de metales de transición. Hasta ahora, el consenso general de metalophilicity en la comunidad académica es "atractivo, "que ha sido concebido para provenir de la hibridación orbital y / o el efecto relativista de un átomo de metal pesado, como el oro o el platino (metal de la tercera fila en la mesa elemental). Junto con el profesor Che y el Dr. Yang, El becario postdoctoral Dr. Qingyun Wan y sus colaboradores cuestionaron la sabiduría convencional de los químicos de coordinación, concluyendo que la metalophilicity no es una interacción atractiva en el complejo organometálico, pero en realidad es de naturaleza repulsiva debido a la fuerte repulsión de M-M 'Pauli.

Realizaron una investigación combinada teórica y experimental sobre la metalophilicity y observaron una fuerte repulsión de M-M 'Pauli en un complejo organometálico que tiene configuraciones electrónicas de capa cerrada. que proporcionará una nueva perspectiva teórica sobre la posibilidad de fabricar nuevos materiales supramoleculares con complejos económicos de metales de transición abundantes en tierra, como el del paladio o la plata o el níquel (metales de la 1ª o 2ª fila en la tabla elemental). También es un logro crucial en la comprensión fundamental de las interacciones intermoleculares débiles.

Antecedentes y logros

En el micromundo de pequeñas moléculas, hay muchos tipos de interacciones. La metalophilicity describe la interacción entre átomos metálicos como si tuvieran configuraciones electrónicas de capa cerrada. A principios de la década de 1970, Los químicos observaron un fenómeno interesante en el que dos átomos de metal de capa cerrada podían formar una distancia corta entre metal y metal. Se propuso que existiera una "atracción" especial entre dos átomos de metal, empujando dos átomos de metal acercándose. Se plantearon muchos modelos teóricos para dar cuenta de tal apego, como el modelo de hibridación orbital o efecto relativista del metal pesado. Sin embargo, Estos modelos teóricos tienen conflictos con algunas observaciones experimentales, como la distancia Ag-Ag relativamente más corta en los complejos Ag en comparación con la distancia Au-Au en los análogos de Au. Por lo tanto, este problema ha sido controvertido durante mucho tiempo y siempre ha afectado a los químicos inorgánicos y teóricos.

Los investigadores de HKU utilizaron métodos de cálculo de alto nivel y técnicas experimentales para investigar un problema tan difícil, y demostró que la metalophilicity es de naturaleza repulsiva debido a la fuerte repulsión de M-M 'Pauli. Concluyeron que la hibridación orbital y el efecto relativista fortalecerían la repulsión de Pauli metal-metal al formar un contacto cercano metal-metal. La dispersión intermolecular y la interacción electrostática contrarrestarán la repulsión metal-metal, conduciendo a una distancia corta metal-metal. Este modelo teórico bien podría explicar por qué la distancia Ag-Ag es más corta que la distancia Au-Au, debido a una repulsión más débil de Ag-Ag Pauli que es inducida por una menor hibridación orbital en el complejo Ag.

Por una estimación conservadora, había más de 5, 000 artículos publicados en la literatura relacionados con la "metaloofilia atractiva". La declaración de "metalophilicity repulsiva" es propuesta por primera vez por el equipo de investigación en su reciente publicación PNAS. Este trabajo también fue reconocido por el profesor Harry Gray en Caltech, quien fue galardonado con el Premio Wolf de Química en 2004, uno de los premios más honorables en el campo.