En química organometálica , las cadenas extendidas de átomos metálicos ( EMAC ) son moléculas que constan de una cadena lineal de átomos metálicos unidos directamente , rodeada por ligandos orgánicos . Estos compuestos representan los cables moleculares más pequeños . Estas especies se investigan para el enfoque ascendente de la nanoelectrónica , aunque no hay aplicaciones a corto plazo. [1]
Una molécula de EMAC contiene una cadena lineal de metales de transición (típicamente Cr , Co , Ni o Cu ) que están unidos entre sí y rodeados helicoidalmente por ligandos orgánicos . Las cadenas metálicas suelen estar rematadas en sus extremos por aniones, normalmente haluros . Los ligandos orgánicos suelen ser piridilamida, piridona , naftiridina o sus derivados. Cada átomo de metal tiene seis coordenadas , está unido a otros dos metales a lo largo del eje de la molécula (excepto los metales terminales, que están unidos a un metal y un anión protector) y a cuatro átomos de nitrógeno perpendiculares al eje.
Los ligandos orgánicos moldean la formación de las cadenas juntando los iones metálicos y alineándolos en una cadena lineal. La cantidad de átomos de nitrógeno en el ligando determina la cantidad de átomos de metal que se incorporarán a la cadena. Por tanto, la síntesis produce cables moleculares de longitud predeterminada. Esta característica, en combinación con el hecho de que las moléculas tienen extremos bien definidos, diferencia a los EMAC de otros tipos de cables moleculares: los EMAC existen sólo como entidades moleculares distintas, no se agregan y no forman estructuras periódicas de unidades repetidas.
La mayoría de los EMAC conocidos contienen de tres a nueve átomos de metal. Los EMAC más largos que se han construido hasta ahora incorporan once átomos de Ni y tienen una longitud aproximada de 2 nanómetros, aunque se estima que se podría acceder a cadenas de hasta 17 átomos de metal (4-5 nanómetros) con los ligandos disponibles actualmente. [3]
A diferencia de los EMAC, los compuestos de cadena lineal tienen una longitud infinita. No están terminados con ligandos de protección.
Los primeros EMAC con tres átomos metálicos fueron sintetizados a principios de la década de 1990 de forma independiente por los grupos de Shie-Ming Peng ( NTU ) y F. Albert Cotton ( Texas A&M ), quienes acuñaron el término cadenas extendidas de átomos metálicos . La molécula que contiene cobalto Co 3 (dpa) 4 Cl 2 (dpa = 2,2'-dipiridilamida ) fue sintetizada por ambos grupos de investigación, pero cada uno propuso una estructura diferente: el grupo de Taiwán informó una estructura asimétrica con una larga y una bono Co-Co corto, mientras que el grupo de Texas identificó una estructura simétrica con longitudes iguales de bonos Co-Co. Este desacuerdo desató una controversia que duró años, hasta que se comprendió que ambas formas de la molécula en realidad existen simultáneamente. Si bien este debate condujo a la comprensión de que el compuesto puede usarse como un interruptor molecular, también creó un nuevo problema ya que ninguno de los tipos reconocidos de isomería podría explicar la existencia de una molécula en dos formas estructurales que difieren sólo en la longitud de uno o más enlaces (y no en su estereoquímica o conectividad de los átomos). El problema finalmente se resolvió mediante un estudio de química cuántica realizado por Pantazis y McGrady, quienes demostraron que las dos formas estructurales resultan de diferentes configuraciones electrónicas . [4] El modelo Pantazis-McGrady se utiliza actualmente para comprender los diferentes estados electrónicos e interpretar las propiedades magnéticas de los EMAC.
Los EMAC no tienen aplicaciones comerciales, pero tienen un uso potencial como conductores eléctricos en nanocircuitos . Además, la conductancia se puede controlar y ajustar mediante oxidación o reducción de la cadena metálica, abriendo el camino para la construcción de reóstatos , interruptores y transistores moleculares . Estas posibilidades han sido demostradas: