Dans les complexes polymétalliques, deux atomes de métal ou plus se combinent avec des molécules organiques en plus gros, structures moléculaires complexes. De tels complexes sont utilisés dans le développement, par ex. nouveaux catalyseurs, aimants moléculaires et capteurs. Autrefois, les complexes polymétalliques étaient souvent synthétisés par la méthode d'essais et d'erreurs consistant à mélanger des ions métalliques avec des ligands organiques, résultant en des composés imprévisibles. L'approche moderne implique des macrocycles :des molécules organiques ayant une structure cyclique. L'espace intérieur des molécules macrocycliques peut être utilisé pour ancrer un complexe polymétallique lors de sa formation, une « astuce » qui permet la synthèse reproductible de produits finaux prévisibles. Shigehisa Akine de l'Université de Kanazawa, Mark MacLachlan de l'Université de la Colombie-Britannique (UBC) et NanoLSI (Université de Kanazawa), et UBC Ph.D. l'étudiant Mohammad Chaudhry ont maintenant publié un aperçu complet de la synthèse de complexes polymétalliques via la voie macrocycle, qui explique également comment certaines propriétés d'un complexe peuvent être ajustées en changeant la composition du macrocycle utilisé.

Les scientifiques discutent d'abord des origines du champ. Dans les années 1970, il a été montré que des complexes dinucléaires dits macrocycliques [2+2] pouvaient être formés en utilisant un composé organique relativement simple, avec la formule moléculaire C 9 H 8 O 3 , comme bloc de construction. Ces complexes dinucléaires se composent de deux atomes métalliques assis dans une « toile » organique avec une symétrie d'ordre 2. Macrocycles Robson similaires, comme on les appelle, peut être obtenu avec 6 métaux, avec la structure globale [3+3] ayant une symétrie triple (triangulaire). Les macrocycles de Robson font encore l'objet de recherches aujourd'hui, mais la méthode reste quelque peu imprévisible.

Les chercheurs expliquent ensuite comment les macrocycles [2+2] (avec symétrie double) et [3+3] (avec symétrie triangulaire) figurent également dans les conceptions contemporaines. Les composés [3+3] font aujourd'hui l'objet de recherches actives en raison de leur potentiel en tant qu'aimants à molécule unique, des molécules qui présentent un (para)magnétisme. A l'aide de macrocycles, les propriétés magnétiques des molécules résultantes peuvent être ajustées en modifiant la taille et la composition des amas. Concernant les complexes [2+2], ceux-ci sont connus pour avoir des cavités qui peuvent être exploitées pour créer des clusters uniques.

Une autre classe intéressante de structures multimétalliques sont les « macrocycles de Pacman », construit à partir de ligands présentant une fente. Cette géométrie peut être utilisée pour capturer et activer de petites molécules métal-ligand-métal. Dans ce contexte, Les macrocycles Pacman à deux atomes d'uranium ont été intensivement étudiés dans le cadre du traitement des déchets nucléaires. Akine, MacLachlan et Chaudhry montrent également que, plus généralement, en utilisant des ligands Pacman, les chimistes ont réussi à créer plusieurs complexes polymétalliques structurellement et chimiquement uniques.

Le dernier type de macrocycles discuté par les chercheurs comporte des anneaux de pyridine (la pyridine est similaire au benzène, avec une unité C–H remplacée par de l'azote). Les macrocycles à cycle pyridine offrent une grande flexibilité, et peut être utilisé pour synthétiser une variété de structures multimétalliques compliquées - les auteurs donnent de nombreux exemples de complexes contenant de l'argent.

Les scientifiques terminent leur examen avec un aperçu de ce domaine de recherche fascinant. Spécifiquement, ils notent qu'une tendance future sera probablement l'imitation de l'activité des amas naturels dans les systèmes vivants. En effet, les complexes polymétalliques jouent un rôle clé dans des réactions importantes telles que la réduction de l'azote en ammoniac et l'oxydation du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone.