La microscopía electrónica de transmisión de barrido de campo oscuro anular de alto ángulo se puede utilizar para determinar estructuras conformacionales complejas de moléculas de coordinación no planares polinucleares cristalinas y amorfas, como lo muestran los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech). Usando iridio como metal trazador, tuvieron éxito en la determinación de las diferentes conformaciones de una molécula de compuesto de coordinación altamente ramificada. Esto ha abierto posibilidades para la obtención de imágenes y el diseño de moléculas orgánicas e inorgánicas complejas.

Los compuestos de coordinación tienen estructuras moleculares que consisten en uno o varios átomos de metal en el centro, Rodeado de átomos no metálicos. Sus fascinantes propiedades físicas y químicas, que tienen aplicaciones importantes en la ciencia de los materiales, dependen en gran medida de su estructura molecular. Por lo tanto, es necesario un análisis definitivo de su estructura molecular, no solo para comprender sus propiedades, sino también para diseñar compuestos de coordinación específicos con funciones específicas.

Aunque se dispone de varios métodos analíticos para la determinación estructural de compuestos de coordinación, cada uno tiene sus propias limitaciones. Por ejemplo, La cristalografía de rayos X solo puede determinar la estructura de compuestos cristalinos, mientras que la resonancia magnética nuclear no puede proporcionar resultados precisos cuando están involucrados átomos paramagnéticos. Una técnica de microscopía más reciente, microscopía electrónica de transmisión de barrido de campo oscuro anular de alto ángulo (HAADF-STEM), que ha revolucionado el campo de las imágenes moleculares con visualización en tiempo real de moléculas de coordinación individuales, también se limita a la observación de moléculas simples y planas. Por eso, la determinación estructural de diversas conformaciones (todas las posibles orientaciones espaciales de los átomos) de moléculas de coordinación polinucleares tanto cristalinas como amorfas permanece sin explorar.

Para cerrar esta brecha, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio, dirigido por el profesor Kimihisa Yamamoto y el profesor adjunto Takane Imaoka, han desarrollado un nuevo método de obtención de imágenes utilizando un trazador de átomos metálicos en HAADF-STEM para determinar las estructuras conformacionales de compuestos de coordinación polinucleares complejos y altamente ramificados. Sus hallazgos se publican en Avances de la ciencia . Explicando el nuevo método, El profesor Imaoka afirma que "el uso de iridio como marcador de metales, porque su alto número atómico (Z =77) proporcionará una mejor visualización con HAADF-STEM, Sintetizamos compuestos de fenilazometina dendrítica (DPA) fijados con iridio. Luego, determinamos las condiciones óptimas de funcionamiento para HAADF-STEM, bajo el cual las diferentes conformaciones de estos compuestos de DPA altamente ramificados podrían determinarse con la mayor precisión ".

Para determinar las condiciones óptimas de funcionamiento de HAADF-STEM, los investigadores observaron muestras de compuesto de iridio-DPA, dispersos en la superficie del nanopolvo de grafeno, bajo una variedad de condiciones de operación. Descubrieron que la reducción de la corriente del haz a 7 pA y el tiempo de exposición por píxel a 8 microsegundos y el uso de un aumento bajo ayudaron a reducir el daño al compuesto de iridio-DPA y permitieron la observación exitosa de su estructura. Los átomos de iridio aparecen como puntos brillantes en las imágenes HAADF-STEM, indicando su posición en la estructura de la molécula.

Una vez obtenida la imagen HAADF-STEM de la molécula de iridio-DPA en las condiciones óptimas, los investigadores lo compararon con imágenes simuladas de todas las posibles conformaciones de la molécula para encontrar la coincidencia más cercana. Las estructuras capturadas en las imágenes experimentales HAADF-STEM encajan muy bien con las estructuras conformacionales simuladas. Por lo tanto, la orientación conformacional más precisa de una molécula se puede determinar fácilmente comparando HAADF-STEM e imágenes simuladas.

Las aplicaciones potenciales de esta tecnología HAADF-STEM guiada por metales pesados ​​no se limitan solo a compuestos de coordinación de análisis estructural. Destacando el trabajo futuro, El profesor Imaoka comenta:"Nuestro estudio es un esfuerzo pionero en la obtención de imágenes de estructuras conformacionales de macromoléculas complejas. Como esta tecnología es eficaz tanto para compuestos cristalinos como amorfos, Creemos que esta tecnología también se puede aplicar para la determinación de estructuras de péptidos multinucleares a través de la complejación con átomos de metal trazador, y el trabajo en esta área ya está en progreso ".