image: A team of chemists from RUDN University synthesized new organosilicon compounds containing terbium and europium ions. These complexes have an unusual cage-like crystal structure that contains four metal ions. The team was the first to study the magnetic and photophysical properties of such compounds and to observe their magnetic phase transition and luminescence properties. view more
Credit: RUDN University
Unos químicos de RUDN University estudiaron nuevos compuestos de organosilicio que contienen iones de terbio y europio. Las sustancias tienen una estructura cristalina inusual en forma de armazón, el cual contiene cuatro átomos de metal. Además, las propiedades magnéticas y ópticas de dichos compuestos fueron estudiadas por primera vez. Fue revelado que tales armazones tienen propiedades de luminiscencia y transición de fase magnética. Los resultados fueron publicados en Chemistry - A European Journal.
Los metalosilsesquioxanos (CLMS) son compuestos órgano-inorgánicos complejos en los que átomos de carbono, silicio y metal se encuentran unidos. Desde el punto de vista de la química estructural, estas sustancias son interesantes porque sus moléculas se pueden agrupar en diferentes estructuras tridimensionales o armazones. Las propiedades físicas que aparecen en los silsesquioxanos, debido a la estructura de sus armazones y la naturaleza de los metales, permiten utilizarlos en catálisis para acelerar importantes procesos de síntesis orgánica, por ejemplo. Unos químicos de RUDN University obtuvieron cuatro nuevos metalosilsesquioxanos, para los cuales se estudiaron las propiedades de luminiscencia y magnetismo por primera vez.
Los químicos obtuvieron silsesquioxanos a partir de terbio y europio, metales del grupo de los lantánidos. Los lantánidos son importantes porque sus compuestos muestran interesantes propiedades magnéticas (por ejemplo, para crear materiales de contraste en el campo de diagnóstico médico) y propiedades ópticas (para desarrollar dispositivos electroluminiscentes). Sin embargo, estas propiedades jamás han sido estudiadas en los silsesquioxanos que contienen átomos de lantánidos. Los silsesquioxanos que obtuvieron los químicos de RUDN University tienen una estructura inusual, diferente de los metalosilsesquioxanos previamente conocidos: su armazón se asemeja a un prisma, en el centro del cual hay cuatro átomos de lantánidos. Esta capa central está coordinada por dos fragmentos cíclicos de silsesvioxano, moléculas de disolventes y cationes orgánicos (de fósforo o nitrógeno). Es importante mencionar que los compuestos sintetizados de terbio son los primeros silsesquioxanos que contienen este metal.
"Hasta ahora, solo se conocían dos tipos de lantánidos CLMS, cuya estructura ha sido demostrada mediante cristalografía de rayos X. En el primer caso, se trata de estructuras de siloxano en forma de cubo que contienen átomos de lantánidos en un vértice de dicho cubo. El segundo tipo son como "bocadillos" de dos fragmentos de siloxano, entre los cuales se encuentra "atrapada" una cinta central con iones lantánidos y iones de metales alcalinos. Estos compuestos se consideraban interesantes estructuras y modelos de sistemas catalíticos. No obstante, sus propiedades ópticas y magnéticas nunca han sido estudiadas", dijo Aleksey Bilyachenko, Candidato de Ciencias Químicas, Director Adjunto del Instituto Conjunto de Investigación Química de RUDN University.
Los químicos obtuvieron los nuevos compuestos en dos pasos. En la primera etapa sintetizaron fenilsiloxanolato de sodio. En la segunda etapa, ocurrió la reacción de "autoensamblaje", es decir, en presencia de cationes orgánicos el compuesto sintetizado formó una estructura ordenada con átomos de lantánidos. Mediante cristalografía de rayos X la estructura de los productos fue establecida. Ciclos de siloxano de cuatro enlaces previamente se han encontrado solo en dos estructuras CLMS (basadas en titanio y cobalto), pero nunca para ningún otro metal.
Por primera vez las propiedades magnéticas de los silsesquioxanos de lantánidos fueron estudiadas en detalle usando un magnetómetro. Se obtuvo como resultado que uno de los compuestos (el complejo con terbio) exhibe un efecto de fase magnética, es decir, un material antiferromagnético comienza a convertirse en un material ferromagnético.
Los compuestos fueron expuestos a foto excitación (bajo radiación ultravioleta o luz visible) para estudiar sus propiedades ópticas. Los compuestos exhibieron una luminiscencia característica: de color rojo los compuestos de europio y verde los compuestos de terbio. De esta manera, los nuevos compuestos fueron los primeros CLMS cuyas propiedades magnéticas y luminiscentes han sido estudiadas detalladamente.
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