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
यह अध्ययन चार नवीन निकल(II) शिफ बेस परिसरों के ऋणायन-निर्देशित स्व-संयोजन संश्लेषण, क्रिस्टल संरचनाओं और संवर्धित जीवाणुरोधी गतिविधियों की रिपोर्ट करता है, जो यह प्रदर्शित करता है कि सहायक ऋणायन प्रभावी रूप से समन्वय रूपांकनों को नियंत्रित करते हैं और परिणामी त्रिन्यूक्लियर कॉम्प्लेक्स मुक्त लिगैंड की तुलना में बेहतर रोगाणुरोधी प्रभावकारिता प्रदर्शित करता है।
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रसायन विज्ञान की दुनिया में, वैज्ञानिक अक्सर इस बात का अध्ययन करते हैं कि कैसे सूक्ष्म निर्माण खंड जिन्हें अणु कहा जाता है, बड़े ढांचे बनाने के लिए एक साथ जुड़ते हैं। इन निर्माण खंडों के एक लोकप्रिय प्रकार को शिफ बेस (Schiff base) के रूप में जाना जाता है। ये कार्बनिक अणु हैं जो एक एमीन (जिसमें नाइट्रोजन होता है) को एक कार्बोनिल यौगिक (जिसमें कार्बन और ऑक्सीजन होता है) के साथ जोड़कर बनाए जाते हैं। जब वे जुड़ते हैं, तो वे एक विशिष्ट बंधन बनाते हैं जो एक हुक की तरह काम करता है, जो धातु परमाणुओं को पकड़ने के लिए तैयार रहता है। धातुएं जैसे कि निकल विशेष रूप से दिलचस्प हैं क्योंकि वे इन हुकों को विभिन्न आकारों और व्यवस्थाओं में थाम सकती हैं, जिससे जटिल संरचनाएं बनती हैं जो उत्प्रेरक (catalysts), सेंसर या यहाँ तक कि दवाओं के रूप में कार्य कर सकती हैं। इस क्षेत्र में एक प्रमुख प्रश्न यह है कि इन टुकड़ों के संयोजन को सटीक रूप से कैसे नियंत्रित किया जाए। शोधकर्ताओं ने पाया है कि धातुओं के साथ चलने वाले अदृश्य साथी, जिन्हें ऋणायन (anions) कहा जाता है, एक आश्चर्यजनक रूप से बड़ी भूमिका निभाते हैं। ये ऋणायन केवल निष्क्रिय दर्शक नहीं हैं; वे ट्रैफिक निर्देशकों की तरह कार्य कर सकते हैं, जो धातु और कार्बनिक हुक्स को विशिष्ट पैटर्न में निर्देशित करते हैं, और यह तय करते हैं कि अंतिम संरचना एक एकल इकाई होगी या कई इकाइयों से जुड़ा एक समूह (cluster) होगा।
सिचुआन यूनिवर्सिटी ऑफ आर्ट्स एंड साइंस के झोंग-लू यू के नेतृत्व वाली शोधकर्ताओं की एक टीम ने नेफ्थलीन (एक पदार्थ जो कपूर की गोलियों में पाया जाता है) से प्राप्त एक विशिष्ट कार्बनिक अणु और पायरोलिडाइन नामक एक लचीले रिंग का उपयोग करके इस निर्देशन शक्ति का पता लगाने के लिए काम किया। उन्होंने इस कार्बनिक अणु को निकल लवणों (nickel salts) के साथ एक तरल घोल में मिलाया, लेकिन उन्होंने प्रत्येक प्रयोग में उपयोग किए जाने वाले नमक के प्रकार को बदला। उन्होंने निकल के साथ आने वाले ऋणायन को बदलकर देखा कि बनने वाले ठोस की संरचना कैसे बदल गई। जब उन्होंने एसीटेट युक्त नमक का उपयोग किया, तो निकल परमाणु आपस में जुड़कर तीन धातु केंद्रों की एक श्रृंखला बनाने लगे, जिससे एक ट्रिन्यूक्लियर कॉम्प्लेक्स (trinuclear complex) बना। हालांकि, जब उन्होंने थायोसाइनेट या एज़ाइड युक्त लवणों को पेश किया, तो निकल परमाणु अकेले रहे, जिससे एकल, अलग इकाइयाँ बनीं। तीसरे बदलाव में नाइट्रेट का उपयोग करते समय, निकल परमाणुओं ने प्रत्येक के साथ दो कार्बनिक अणुओं की जोड़ी बनाई, लेकिन नाइट्रेट आयन बाहर ही रहे, जो केवल विद्युत आवेश को संतुलित करने के लिए काउंटरवेट के रूप में कार्य कर रहे थे न कि सीधे धातु को छू रहे थे। शुरुआती सामग्रियों में इस सरल परिवर्तन ने यह सिद्ध कर दिया कि ऋणायन अंतिम वास्तुकला को निर्धारित करता है, जिससे निकल या तो एक बहु-परमाणु क्लस्टर या एक एकल वर्गाकार आकार में मजबूर हो जाता है।
शोधकर्ताओं ने इन नए क्रिस्टलों का अध्ययन करने के लिए शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी का उपयोग किया ताकि वे देख सकें कि परमाणुओं की व्यवस्था वास्तव में कैसे की गई थी। पहला ढांचा, जो एसीटेट के साथ बना था, तीन निकल परमाणुओं की एक सममित रेखा को दर्शाता है। छोरों पर स्थित दो निकल परमाणु केंद्रीय परमाणु से कार्बनिक अणुओं के ऑक्सीजन परमाणुओं और एसीटेट समूहों के ऑक्सीजन परमाणुओं द्वारा जुड़े हुए थे, जिन्होंने एक पुल (bridge) के रूप में कार्य करते हुए इस त्रय (trio) को थामे रखा। केंद्रीय निकल परमाणु बिल्कुल बीच में स्थित था, जो केवल ऑक्सीजन परमाणुओं से घिरा हुआ था, जबकि बाहरी परमाणु ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के मिश्रण द्वारा थामे गए थे। इसके विपरीत, थायोसाइनेट और एज़ाइड के साथ बनी संरचनाओं ने एक सपाट, वर्गाकार व्यवस्था के केंद्र में एक एकल निकल परमाणु को दिखाया। यहाँ, कार्बनिक अणु तीन संपर्क बिंदुओं का उपयोग करके धातु के चारों ओर लिपटा हुआ था, जबकि थायोसाइनेट या एज़ाइड आयन चौथे स्थान को भर रहा था। नाइट्रेट के साथ बनी संरचना फिर से अलग थी; इसमें एक एकल निकल परमाणु दो कार्बनिक अणुओं को थामे हुए था, लेकिन नाइट्रेट ने धातु को बिल्कुल नहीं छुआ। इसके बजाय, वे कमजोर विद्युत आकर्षणों द्वारा हाइड्रोजन परमाणुओं से बंधे हुए पास में तैरते रहे।
इन संरचनाओं के निर्माण के अलावा, टीम यह जानना चाहती थी कि क्या वे बैक्टीरिया से लड़ सकते हैं। उन्होंने मूल कार्बनिक अणु और चारों नए निकल कॉम्प्लेक्स का चार प्रकार के बैक्टीरिया के विरुद्ध परीक्षण किया: दो ग्राम-पॉजिटिव (Gram-positive), जिनकी बाहरी दीवार मोटी होती है, और दो ग्राम-नेगेटिव (Gram-negative), जिनकी दीवार पतली होती है लेकिन एक अतिरिक्त बाहरी परत से सुरक्षित होती है। परिणामों ने दिखाया कि अकेला कार्बनिक अणु बैक्टीरिया को रोकने में बहुत प्रभावी नहीं था। हालांकि, एक बार निकल जोड़ने के बाद, बैक्टीरिया को मारने की क्षमता में काफी सुधार हुआ। सबसे शक्तिशाली एजेंट ट्रिन्यूक्लियर कॉम्प्लेक्स था जिसमें तीन जुड़े हुए निकल परमाणु थे। इसने बैक्टीरिया की वृद्धि को बहुत कम सांद्रता पर रोक दिया, जिसे सबसे संवेदनशील स्ट्रेन को रोकने के लिए केवल 4.7 माइक्रोमोलर की आवश्यकता थी। सिंगल-यूनिट कॉम्प्लेक्स भी प्रभावी थे, लेकिन आमतौर पर समान परिणाम प्राप्त करने के लिए उन्हें उच्च मात्रा की आवश्यकता थी। दिलचस्प बात यह है कि सभी यौगिकों ने ग्राम-नेगेटिव की तुलना में ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया के खिलाफ बेहतर काम किया, जिसका कारण संभवतः ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया की अतिरिक्त बाहरी परत थी जिसने रसायनों के अंदर जाना कठिन बना दिया।
यह कार्य प्रदर्शित करता है कि वैज्ञानिक केवल सही ऋणायन को चुनकर धातु परिसरों (metal complexes) के आकार और आकार को डिजाइन कर सकते हैं। एसीटेट आयन एक गोंद की तरह कार्य करता था, जिसने तीन निकल परमाणुओं को एक एकल क्लस्टर में खींच लिया, जबकि अन्य आयनों ने निकल को एकाकी रहने दिया। निष्कर्ष बताते हैं कि एक संरचना में धातु परमाणुओं की संख्या और उन्हें एक साथ थामे रखने का विशिष्ट तरीका उनके संक्रमण से लड़ने की क्षमता के लिए महत्वपूर्ण है। तीन-परमाणु क्लस्टर सबसे शक्तिशाली सिद्ध हुआ, जो संकेत देता है कि कई धातु केंद्रों का एक साथ काम करना जैविक गतिविधि के लिए एक प्रमुख कारक हो सकता है। इन ऋणायनों द्वारा संयोजन प्रक्रिया को निर्देशित करने के तरीके को समझकर, शोधकर्ता अब विशिष्ट आकारों और बेहतर चिकित्सा गुणों वाले नए पदार्थों को बनाने के बेहतर तरीके की योजना बना सकते हैं, जो भविष्य के उपयोग के लिए कस्टम-मेड यौगिकों को डिजाइन करने के करीब पहुँच रहे हैं।
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