Anion-directed self-assembly synthesis, crystal structures and antibacterial activity of nickel(II) complexes derived from 1-(((2-(pyrrolidin-1-yl)ethyl)imino)methyl)naphthalen-2-ol
Cette étude rapporte la synthèse par auto-assemblage dirigé par l'anion, les structures cristallines et les activités antibactériennes accrues de quatre nouveaux complexes de base de Schiff de nickel(II), démontrant que les anions auxiliaires régulent efficacement les motifs de coordination et que le complexe trinucléaire résultant présente une efficacité antimicrobienne supérieure à celle du ligand libre.
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Dans le monde de la chimie, les scientifiques étudient souvent comment de minuscules blocs de construction appelés molécules s'assemblent pour former des structures plus larges. Un type de bloc de construction très populaire est connu sous le nom de base de Schiff. Ce sont des molécules organiques créées en joignant une amine, qui contient de l'azote, à un composé carbonylé, qui contient du carbone et de l'oxygène. Lorsqu'elles se connectent, elles forment une liaison spécifique qui agit comme un crochet, prête à saisir des atomes métalliques. Les métaux comme le nickel sont particulièrement intéressants car ils peuvent maintenir ces crochets dans différentes formes et arrangements, créant des structures complexes qui peuvent agir comme des catalyseurs, des capteurs ou même des médicaments. Une question clé dans ce domaine est de savoir comment contrôler exactement la manière dont ces pièces s'assemblent. Les chercheurs ont découvert que les partenaires invisibles accompagnant le métal, connus sous le nom d'anions, jouent un rôle étonnamment important. Ces anions ne sont pas de simples spectateurs passifs ; ils peuvent agir comme des aiguilleurs de trafic, guidant le métal et les crochets organiques dans des motifs spécifiques, décidant si la structure finale sera une unité unique ou un groupe de plusieurs unités liées entre elles.
Une équipe de chercheurs dirigée par Zhong-Lu You, de l'Université des Arts et des Sciences de Sichuan, s'est donné pour mission d'explorer ce pouvoir de direction en utilisant une molécule organique spécifique dérivée du naphtalène, une substance présente dans les boules de naphtaline, et un anneau flexible appelé pyrrolidine. Ils ont mélangé cette molécule organique avec des sels de nickel dans une solution liquide, mais ils ont changé le type de sel utilisé dans chaque expérience. En remplaçant l'anion qui accompagnait le nickel, ils ont observé comment la structure du solide résultant changeait. Lorsqu'ils ont utilisé un sel contenant de l'acétate, les atomes de nickel se sont liés pour former une chaîne de trois centres métalliques, créant un complexe trinucléaire. Cependant, lorsqu'ils ont introduit des sels contenant du thiocyanate ou de l'azide, les atomes de nickel sont restés seuls, formant des unités isolées et uniques. Dans une troisième variation utilisant le nitrate, les atomes de nickel se sont associés à deux molécules organiques chacune, mais les ions nitrate sont restés à l'extérieur, agissant uniquement comme des contrepoids pour équilibrer la charge électrique plutôt que de toucher directement le métal. Ce simple changement dans les ingrédients de départ a prouvé que l'anion dicte l'architecture finale, forçant le nickel à devenir soit un amas de plusieurs atomes, soit une forme solitaire et carrée.
Les chercheurs ont ensuite examiné ces nouveaux cristaux à l'aide de microscopes puissants pour voir exactement comment les atomes étaient disposés. La première structure, formée avec l'acétate, a révélé une ligne symétrique de trois atomes de nickel. Les deux atomes de nickel aux extrémités étaient connectés au central par des atomes d'oxygène provenant des molécules organiques et par des atomes d'oxygène des groupes acétate, qui agissaient comme des ponts maintenant le trio ensemble. L'atome de nickel central se trouvait parfaitement au milieu, entouré uniquement d'atomes d'oxygène, tandis que les atomes extérieurs étaient maintenus par un mélange d'oxygène et d'azote. En revanche, les structures formées avec le thiocyanate et l'azide présentaient un seul atome de nickel au centre d'un arrangement plat et carré. Ici, la molécule organique s'enroulait autour du métal en utilisant trois points de contact, tandis que l'ion thiocyanate ou azide remplissait le quatrième emplacement. La structure réalisée avec le nitrate était différente encore : elle consistait en un seul atome de nickel tenant deux molécules organiques, mais les ions nitrate ne touchaient pas le métal du tout. Au lieu de cela, ils flottaient à proximité, maintenus en place par de faibles attractions électriques avec les atomes d'hydrogène des cycles organiques.
Au-delà de la simple construction de ces structures, l'équipe voulait savoir s'ils pouvaient combattre les bactéries. Ils ont testé la molécule organique originale et les quatre nouveaux complexes de nickel contre quatre types de bactéries : deux Gram-positives, qui possèdent une paroi externe épaisse, et deux Gram-négatives, qui possèdent une paroi plus fine protégée par une couche externe supplémentaire. Les résultats ont montré que la molécule organique seule n'était pas très efficace pour arrêter les bactéries. Cependant, une fois le nickel ajouté, la capacité à tuer les bactéries s'est considérablement améliorée. L'agent le plus puissant était le complexe trinucléaire avec les trois atomes de nickel liés. Il a stoppé la croissance des bactéries à de très faibles concentrations, ne nécessitant que 4,7 micromolaires pour arrêter la souche la plus sensible. Les complexes à unité unique étaient également efficaces, mais nécessitaient généralement des quantités plus élevées pour obtenir le même résultat. Curieusement, tous les composés fonctionnaient mieux contre les bactéries Gram-positives que contre les Gram-négatives, probablement parce que la couche externe supplémentaire des bactéries Gram-négatives rendait plus difficile l'entrée des produits chimiques.
Ce travail démontre que les scientifiques peuvent concevoir la forme et la taille des complexes métalliques simplement en choisissant le bon anion pour commencer. L'ion acétate a agi comme une colle, attirant trois atomes de nickel dans un seul amas, tandis que les autres ions ont permis au nickel de rester solitaire. Les conclusions suggèrent que le nombre d'atomes métalliques dans une structure et la manière spécifique dont ils sont maintenus ensemble sont cruciaux pour leur capacité à combattre l'infection. Le groupe de trois atomes s'est avéré le plus puissant, suggérant que le fait d'avoir plusieurs centres métalliques travaillant ensemble pourrait être un facteur clé de l'activité biologique. En comprenant comment ces anions dirigent le processus d'assemblage, les chercheurs peuvent désormais planifier de meilleures façons de créer de nouveaux matériaux avec des formes spécifiques et des propriétés médicales améliorées, se rapprochant ainsi de la conception de composés sur mesure pour un usage futur.
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