In polymetaalcomplexen, twee of meer metaalatomen combineren met organische moleculen tot grotere, ingewikkelde moleculaire structuren. Dergelijke complexen worden gebruikt bij de ontwikkeling van b.v. nieuwe katalysatoren, moleculaire magneten en sensoren. Vroeger, polymetaalcomplexen werden vaak gesynthetiseerd door de trial-and-error-methode van het mengen van metaalionen met organische liganden, wat resulteert in onvoorspelbare verbindingen. De moderne benadering omvat macrocycli:organische moleculen met een ringstructuur. De binnenruimte van macrocyclische moleculen kan worden gebruikt om een ​​polymetaalcomplex te verankeren tijdens de vorming ervan, een 'truc' die de reproduceerbare synthese van voorspelbare eindproducten mogelijk maakt. Shigehisa Akine van de Universiteit van Kanazawa, Mark MacLachlan van de University of British Columbia (UBC) en NanoLSI (Kanazawa University), en UBC Ph.D. student Mohammad Chaudhry heeft nu een uitgebreid overzicht gepubliceerd van de synthese van polymetaalcomplexen via de macrocyclusroute, waarin ook wordt besproken hoe bepaalde eigenschappen van een complex kunnen worden afgestemd door de samenstelling van de gebruikte macrocyclus te veranderen.

De wetenschappers bespreken eerst de oorsprong van het veld. In de jaren zeventig, er werd aangetoond dat zogenaamde [2+2] macrocyclische dinucleaire complexen konden worden gevormd door gebruik te maken van een relatief eenvoudige organische verbinding, met molecuulformule C ₉ H ₈ O ₃ , als bouwsteen. Deze dinucleaire complexen bestaan ​​uit twee metaalatomen die in een organisch 'web' zitten met een 2-voudige symmetrie. Vergelijkbare Robson-macrocycli, zoals ze worden genoemd, kan worden verkregen met 6 metalen, waarbij de algehele [3+3] structuur een 3-voudige (driehoekige) symmetrie heeft. Robson-macrocycli worden vandaag nog steeds onderzocht, maar de methode blijft enigszins onvoorspelbaar.

De onderzoekers leggen vervolgens uit hoe [2+2] (met tweevoudige symmetrie) en [3+3] (met driehoekige symmetrie) macrocycli ook voorkomen in hedendaagse ontwerpen. De [3+3]-verbindingen worden tegenwoordig actief onderzocht vanwege hun potentieel als magneten met één molecuul - moleculen die (para)magnetisme vertonen. Met behulp van macrocycli, de magnetische eigenschappen van de daaruit voortvloeiende moleculen kunnen worden afgestemd door clustergrootte en samenstelling te veranderen. Wat betreft de [2+2]-complexen, deze staan ​​bekend om holtes die kunnen worden uitgebuit voor het creëren van unieke clusters.

Een andere interessante klasse van multimetallische structuren zijn de 'Pacman macrocycles', opgebouwd uit liganden die een spleet vertonen. Deze geometrie kan worden gebruikt om kleine metaal-ligand-metaalmoleculen te vangen en te activeren. In deze context, Pacman-macrocycli met twee uraniumatomen zijn intensief bestudeerd in het kader van de verwerking van nucleair afval. Akin, MacLachlan en Chaudhry laten ook zien dat, algemener, door gebruik te maken van Pacman-liganden, chemici zijn erin geslaagd om verschillende structureel en chemisch unieke polymetaalcomplexen te maken.

Het laatste type macrocycli dat door de onderzoekers wordt besproken, bevat pyridineringen (pyridine is vergelijkbaar met benzeen, met één C–H-eenheid vervangen door stikstof). Pyridinering-macrocycli bieden een hoge flexibiliteit, en kan worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan gecompliceerde multimetallische structuren te synthetiseren - de auteurs geven tal van voorbeelden van zilverbevattende complexen.

De wetenschappers sluiten hun review af met een blik op dit fascinerende onderzoeksgebied. specifiek, zij merken op dat een toekomstige trend waarschijnlijk het nabootsen van de activiteit van natuurlijk voorkomende clusters in levende systemen zal zijn. Inderdaad, polymetaalcomplexen spelen een sleutelrol in belangrijke reacties zoals de reductie van stikstof tot ammoniak en de oxidatie van koolmonoxide tot kooldioxide.