A microscopia eletrônica de transmissão de varredura de campo escuro anular de alto ângulo pode ser usada para determinar estruturas conformacionais complexas de moléculas de coordenação não planar polinucleares cristalinas e amorfas, conforme mostrado por cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech). Usando irídio como metal traçador, eles tiveram sucesso em determinar as diferentes conformações de uma molécula de composto de coordenação altamente ramificada. Isso abriu possibilidades para imagens e projetos de moléculas inorgânicas e orgânicas complexas.

Os compostos de coordenação têm estruturas moleculares que consistem em um ou vários átomos de metal no centro, rodeado por átomos não metálicos. Suas fascinantes propriedades físicas e químicas, que têm aplicações significativas na ciência dos materiais, dependem em grande parte de sua estrutura molecular. Assim, uma análise definitiva de sua estrutura molecular é necessária, não apenas para entender suas propriedades, mas também para projetar compostos de coordenação específicos com funções direcionadas.

Embora vários métodos analíticos estejam disponíveis para a determinação estrutural de compostos de coordenação, cada um deles tem suas próprias limitações. Por exemplo, A cristalografia de raios-X só pode determinar a estrutura de compostos cristalinos, enquanto a ressonância magnética nuclear não pode fornecer resultados precisos quando átomos paramagnéticos estão envolvidos. Uma técnica de microscopia mais recente, microscopia eletrônica de transmissão de varredura de campo escuro anular de alto ângulo (HAADF-STEM), que revolucionou o campo da imagem molecular com visualização em tempo real de moléculas de coordenação única, também se limita à observação de moléculas simples e planas. Portanto, a determinação estrutural de várias conformações (todas as orientações espaciais possíveis dos átomos) de moléculas de coordenação polinucleares cristalinas e amorfas permanece inexplorada.

Para preencher essa lacuna, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio, liderado pelo Professor Kimihisa Yamamoto e Professor Associado Takane Imaoka, desenvolveram um novo método de imagem usando um traçador de átomo de metal no HAADF-STEM para determinar as estruturas conformacionais de compostos de coordenação polinucleares complexos e altamente ramificados. Suas descobertas são publicadas em Avanços da Ciência . Explicando o novo método, O Prof. Imaoka afirma que "usando irídio como traçador de metal, porque seu alto número atômico (Z =77) proporcionará uma melhor visualização com HAADF-STEM, sintetizamos compostos dendríticos de fenilazometina (DPA) fixados com irídio. Então, determinamos as condições operacionais ideais para HAADF-STEM, sob o qual as diferentes conformações desses compostos DPA altamente ramificados poderiam ser determinadas com a maior precisão. "

Para determinar as condições operacionais ideais para HAADF-STEM, os pesquisadores observaram amostras do composto de irídio-DPA, disperso na superfície do nanopó de grafeno, sob uma variedade de condições operacionais. Eles descobriram que reduzir a corrente do feixe para 7 pA e o tempo de exposição por pixel para 8 microssegundos e usar baixa ampliação ajudou a reduzir os danos ao composto de irídio-DPA e permitiu a observação bem-sucedida de sua estrutura. Os átomos de irídio aparecem como pontos brilhantes nas imagens HAADF-STEM, indicando sua posição na estrutura da molécula.

Uma vez que a imagem HAADF-STEM da molécula de irídio-DPA foi obtida usando as condições ideais, os pesquisadores compararam com imagens simuladas de todas as conformações possíveis da molécula para encontrar a correspondência mais próxima. As estruturas capturadas nas imagens experimentais HAADF-STEM se encaixam extremamente bem com as estruturas conformacionais simuladas. Assim, a orientação conformacional mais precisa de uma molécula pode ser facilmente determinada comparando HAADF-STEM e imagens simuladas.

As aplicações potenciais desta tecnologia HAADF-STEM guiada por metais pesados ​​não se limitam apenas a compostos de coordenação de análise estrutural. Destacando trabalhos futuros, Prof. Imaoka observa, "Nosso estudo é um esforço pioneiro na geração de imagens de estruturas conformacionais de macromoléculas complexas. Como essa tecnologia é eficaz para compostos cristalinos e amorfos, acreditamos que essa tecnologia também pode ser aplicada para a determinação de estruturas de peptídeos multinucleares por meio de complexação com átomos de metal traçador, e o trabalho nesta área já está em andamento. "