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
Questo studio riporta la sintesi guidata dall'anione dell'autoassemblaggio, le strutture cristalline e le attività antibatteriche potenziate di quattro nuovi complessi di base di Schiff di nichel(II), dimostrando che gli anioni ausiliari regolano efficacemente i motivi di coordinazione e che il complesso trinucleare risultante esibisce un'efficacia antimicrobica superiore rispetto al ligando libero.
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Nel mondo della chimica, gli scienziati studiano spesso come le minuscole unità costruttive chiamate molecole si uniscano per formare strutture più grandi. Un tipo popolare di unità costruttiva è noto come base di Schiff. Queste sono molecole organiche create unendo un'ammina, che contiene azoto, con un composto carbonilico, che contiene carbonio e ossigeno. Quando si connettono, formano un legame specifico che agisce come un gancio, pronto ad agganciare atomi metallici. Metalli come il nichel sono particolarmente interessanti perché possono sostenere questi ganci in diverse forme e disposizioni, creando strutture complesse che possono agire come catalizzatori, sensori o persino medicinali. Una domanda chiave in questo campo è come controllare esattamente come questi pezzi si assemblano. I ricercatori hanno scoperto che i partner invisibili che accompagnano il metallo, noti come anioni, giocano un ruolo sorprendentemente grande. Questi anioni non sono solo spettatori passivi; possono agire come direttori del traffico, guidando il metallo e i ganci organici in schemi specifici, decidendo se la struttura finale sarà un'unità singola o un gruppo di diverse unità collegate tra loro.
Un team di ricercatori guidato da Zhong-Lu You della Sichuan University of Arts and Science si è posto l'obiettivo di esplorare questo potere direttivo utilizzando una specifica molecola organica derivata dal naftalene, una sostanza presente nelle naftaline, e un anello flessibile chiamato pirrolidina. Hanno mescolato questa molecola organica con sali di nichel in una soluzione liquida, ma hanno cambiato il tipo di sale utilizzato in ogni esperimento. Scambiando l'anione che accompagnava il nichel, hanno osservato come la struttura del solido risultante cambiasse. Quando hanno utilizzato un sale contenente acetato, gli atomi di nichel si sono collegati per formare una catena di tre centri metallici, creando un complesso trinucleare. Tuttavia, quando hanno introdotto sali contenenti tiocianato o azide, gli atomi di nichel sono rimasti isolati, formando unità singole e isolate. Una terza variazione utilizzando il nitrato ha mostrato che gli atomi di nichel si sono accoppiati con due molecole organiche ciascuno, ma gli ioni nitrato sono rimasti all'esterno, agendo solo come contrappesi per bilanciare la carica elettrica piuttosto che toccare direttamente il metallo. Questo semplice cambiamento negli ingredienti di partenza ha dimostrato che l'anione detta l'architettura finale, costringendo il nichel in un cluster multi-atomo o in una forma quadrata solitaria.
I ricercatori hanno poi esaminato questi nuovi cristalli sotto potenti microscopi per vedere esattamente come gli atomi fossero disposti. La prima struttura, formata con l'acetato, ha rivelato una linea simmetrica di tre atomi di nichel. I due atomi di nichel alle estremità erano collegati a quello centrale tramite atomi di ossigeno provenienti dalle molecole organiche e da atomi di ossigeno dai gruppi acetato, che agivano come ponti tenendo unito il trio. L'atomo di nichel centrale sedeva perfettamente al centro, circondato solo da atomi di ossigeno, mentre quelli esterni erano tenuti da un mix di ossigeno e azoto. Al contrario, le strutture formate con tiocianato e azide mostravano un singolo atomo di nicello al centro di una disposizione piatta e quadrata. Qui, la molecola organica avvolgeva il metallo usando tre punti di contatto, mentre lo ione tiocianato o azide occupava il quarto spazio. La struttura creata con il nitrato era diversa ancora; consisteva in un singolo atomo di nichel che teneva due molecole organiche, ma gli ioni nitrato non toccavano affatto il metallo. Invece, fluttuavano nelle vicinanze, tenuti in posizione da deboli attrazioni elettriche con gli atomi di idrogeno sugli anelli organici.
Oltre a costruire queste strutture, il team voleva sapere se potessero combattere i batteri. Hanno testato la molecola organica originale e tutti e quattro i nuovi complessi di nichel contro quattro tipi di batteri: due Gram-positivi, che hanno una parete esterna spessa, e due Gram-negativi, che hanno una parete più sottile protetta da uno strato esterno aggiuntivo. I risultati hanno mostato che la molecola organica da sola non era molto efficace nel fermare i batteri. Tuttavia, una volta aggiunto il nichel, la capacità di uccidere i batteri è migliorata significativamente. L'agente più potente era il complesso trinucleare con i tre atomi di nichel collegati. Ha fermato la crescita dei batteri a concentrazioni molto basse, richiedendo solo 4,7 micromolari per arrestare il ceppo più sensibile. Anche i complessi a unità singola erano efficaci, ma generalmente richiedevano quantità maggiori per ottenere lo stesso risultato. Interessantemente, tutti i composti funzionavano meglio contro i batteri Gram-positivi rispetto ai Gram-negativi, probabilmente perché lo strato esterno aggiuntivo dei batteri Gram-negativi rendeva più difficile l'ingresso delle sostanze chimiche.
Questo lavoro dimostra che gli scienziati possono progettare la forma e la dimensione dei complessi metallici semplicemente scegliendo l'anione giusto per iniziare. L'ione acetato ha agito come una colla, attirando tre atomi di nichel in un singolo cluster, mentre gli altri ioni hanno permesso al nichel di rimanere solitario. Le scoperte suggeriscono che il numero di atomi metallici in una struttura e il modo specifico in cui sono tenuti insieme sono cruciali per la loro capacità di combattere le infezioni. Il cluster a tre atomi si è rivelato il più potente, suggerendo che avere molteplici centri metallici che lavorano insieme potrebbe essere un fattore chiave per l'attività biologica. Comprendendo come questi anioni dirigono il processo di assemblaggio, i ricercatori possono ora pianificare modi migliori per creare nuovi materiali con forme specifiche e proprietà mediche migliorate, avvicinandosi alla progettazione di composti su misura per usi futuri.
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