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Oct 20, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 15828 (2022) Citer cet article

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Les complexes de cobalt (II) ont été synthétisés à partir de la réaction des entités cationiques (3,4-diméthylaniline (1) et histamine (2)) avec le sel métallique CoCl2⋅6H2O et l'ion thiocyanate (SCN−) comme ligand dans H2O/ solution éthanolique et traitement par la méthode de croissance cristalline par évaporation à température ambiante pour obtenir des cristaux. Le complexe synthétisé a été entièrement caractérisé par diffraction des rayons X sur monocristal. L'UV-Visible, la spectroscopie FTIR, l'analyse TGA et les circulations DFT ont également été réalisées. L'analyse structurale cristalline révèle que le solide (1) {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl cristallise dans le système monoclinique avec le groupe d'espace P21/n et le solide (2) {[Co(SCN) 4](C5H11N3)2}·2Cl cristallise dans le groupe d'espace monoclinique P21/m. Les cations métalliques sont joints en chaînes ondulées parallèles à la direction de l'axe b dans (1) et (2) par quatre anions thiocyanate. Les structures cristallines de (1) et (2) ont été calculées à l'aide des données XRPD, ce qui indique qu'elles sont étroitement liées aux résultats monocristallins DRX. Différentes interactions conditionnent le système dans un anneau formé par des liaisons hydrogène N–H⋯Cl et N–H⋯S. C–H⋯π et l'empilement π⋯π du cycle anilinium pour (1) et les interactions intermoléculaires N–H⋯S pour (1) et (2) augmentent la robustesse des cristaux. L'analyse de surface Hirshfeld et les tracés d'empreintes digitales 2D permettent de visualiser les principales interactions intermoléculaires avec leurs contributions dans la phase à l'état solide. Les géométries moléculaires des deux complexes obtenus à partir de la structure cristalline ont été utilisées pour le calcul chimique quantique. Ici, l'analyse orbitale frontière et le potentiel électrostatique illustrent les réactivités chimiques des complexes métal-organique. Les analyses QTAIM et NCI révèlent la force des interactions au niveau électronique.

La préparation des produits de coordination dépend du thiocyanate de cobalt et de ligands N-donneurs supplémentaires et pique notre curiosité depuis longtemps. Plusieurs études de recherche au cours des dernières années ont prouvé l'utilité des complexes de métaux de transition dans différentes disciplines, tandis que certains complexes de métaux de transition ont une longue et riche histoire d'utilisation en tant que médicaments antibactériens et antiviraux. Par exemple, Co est utilisé pour traiter l'herpès, peut-être en empêchant l'ADN polymérase virale de faire son travail. Polyoxoanions précoces de métaux de transition, tels que les activités antifongiques1,2, antibactériennes1,3 antitumorales4,5. Des progrès significatifs ont été réalisés dans l'utilisation de complexes de métaux de transition comme médicaments pour traiter une variété de maladies humaines telles que les carcinomes, les propriétés antitumorales, les lymphomes, le contrôle des infections, les anti-inflammatoires, le diabète et les troubles neurologiques ; la pharmacologie pour guérir diverses maladies6,7 ; et la catalyse pour la sélectivité de la réaction8,9. Puisqu'il existe plusieurs produits naturels contenant des composés d'atomes d'azote d'une grande importance médicinale6,10, la recherche s'est concentrée sur la préparation de complexes de métaux de transition avec des ligands chélateurs d'hétéroatomes dans notre cas l'entité amine11,12,13.

Dans la plupart des composés organométalliques, les cations Co(II) de configuration d9 sont présents dans des géométries carrées planes, carrées-pyramidales ou carrées-bipyramidales. En raison de la réactivité unique montrée par les complexes formés et du type de ligands qui contrôlent les caractéristiques de ces complexes, la chimie des complexes de cobalt gagne un grand intérêt dans de nombreux groupes de chimie inorganique. Il est également généralement connu que lorsque certaines molécules organiques (médicaments) sont fournies en conjonction avec des métaux, elles sont nettement plus efficaces14,15,16. De plus, la liaison de l'aniline dans les complexes organométalliques montre des orbitales π * délocalisées à faible énergie, ce qui augmente la probabilité de modifier les propriétés optiques, physicochimiques, électrochimiques et les traits structurels. Les dérivés d'aniline tels que la 3,5-diméthylaniline s'ajoutent à la 2-(3H-imidazol-4-yl) éthanolamine connue sous le nom d'histamine qui a un rôle important dans plusieurs processus pharmacologiques. Ces entités ont été explorées, et elles ont essentiellement donné accès à des complexes mono et bi-métalliques17,18,19,20,21,22. Certaines des actions biologiques de ces complexes ont été étudiées et ont prouvé que l'efficacité du ligand augmente avec sa position de liaison dans la sphère de coordination du métal. Dernièrement, nous avons publié la synthèse de complexes de métaux de transition avec des anions pseudo thiocyaniques (SCN−) comme ligands23,24,25,26,27. Pour définir les interactions intermoléculaires et illustrer la configuration cristalline, l'analyse de surface de Hirshfeld et diverses études spectroscopiques ont été réalisées pour caractériser les complexes.

Tous les produits chimiques ont été utilisés sans être purifiés. Les produits ont été obtenus par mélange à température ambiante.

A 25 ml d'une solution aqueuse de CoCl2 anhydre, 0,6 g de 3,4-diméthylaniline dissous dans 25 ml d'acide chlorique dilué ont été ajoutés. Sous agitation continue, une solution aqueuse de 25 ml de KSCN a été ajoutée avec précaution. A température ambiante, la solution finie s'est lentement évaporée. Après une semaine, une analyse structurelle aux rayons X monocristallin a révélé un cristal bleu. Le complexe métallique solide a été obtenu en agitant ensemble la solution de ligand organique avec la 2-(3H-imidazol-4-yl)éthanolamine connue sous le nom d'histamine et CoCl2.6H2O. La solution d'acide thiocyanique (HSCN), qui est produite à partir d'une résine cationique, a été introduite goutte à goutte dans le mélange bleu bien agité pour échanger H-SO3 avec KSCN. A température ambiante, on a laissé la combinaison résultante s'évaporer pendant une semaine. Après 8 jours, des cristaux bleu foncé adaptés à l'analyse de la structure monocristalline aux rayons X ont été obtenus.

Un monocristal approprié de (1) et (2) a été soigneusement choisi sous un microscope polarisant pour l'étude structurale par diffraction des rayons X. Les données ont été recueillies à 170 K en utilisant un rayonnement Mo Kα monochromatique en graphite sur un CCD Bruker-Nonius Kappa avec un diffractomètre à détecteur APEX II (λ = 0,71073 Å). Les structures ont été résolues à l'aide de la méthode du double espace du programme SHELX, puis affinées à l'aide de synthèses de Fourier différentielles successives et d'une procédure des moindres carrés à matrice complète à l'aide du programme SHELXL28,29. Les dessins ont été réalisés avec Diamond30. Le tableau 1 montre les données cristallines et les conditions expérimentales utilisées pour collecter les données d'intensité.

Les mesures de diffraction des rayons X sur poudre (PXRD) pour les échantillons polycristallins broyés à la main ont été effectuées à température ambiante sur un diffractomètre de rayons X sur poudre Miniflex600 Rigaku en utilisant le rayonnement Cu Kα (λ = 1,540598 Å). Les données de diffraction ont été collectées dans la plage angulaire 2θ = 0–70° avec une largeur de pas de balayage de 0,05° et un temps fixe de 0,2 s. Le raffinement de Rietveld a été appliqué pour modéliser les ensembles de données à l'aide du package GSAS intégré à l'interface EXPGUI31. Comme matrice, la structure déterminée à partir d'un monocristal XRD a été utilisée. Le facteur d'échelle, le fond, les paramètres de réseau et le point zéro ont été affinés jusqu'à convergence.

Les spectres d'analyse thermique pour les composés du titre ont été acquis avec une thermogravimétrie simultanée - analyse thermique différentielle (TG – DTA) utilisant un instrument PyRIS 1 TGA avec 14,9 mg pour (1) et 12,25 mg pour (2), pour un taux de chauffage de 5 °C min-1 dans la plage de température [300–880 K] sous atmosphère inerte (azote gazeux).

Un spectromètre NICOLET IR 200 FT-IR a été utilisé pour obtenir le spectre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) d'un échantillon de poudre des produits chimiques. 4000–400 cm−1 était la plage de balayage.

Un spectrophotomètre Perkin Elmer Lambda a été utilisé pour effectuer les mesures UV. Les scans ont été effectués dans la plage de 200 à 800 cm-1.

Le cisplatine, un médicament anticancéreux à base de platine, a stimulé l'utilisation de produits contenant des métaux en médecine32. Les infections à Helicobacter pylori et les ulcères peptiques sont les utilisations les plus courantes des composés de cobalt33. Pour lutter contre la résistance aux médicaments, une nouvelle technique de construction de composés basée sur l'incorporation de molécules bioactives s'est récemment imposée comme une stratégie séduisante. Les anilines, par exemple, sont des entités pharmacophores qui jouent un rôle clé dans plusieurs médicaments commercialisés, dont l'inhibiteur de la protéase du VIH de Merck Crixivan et d'autres34. De plus, leurs composés présentent d'excellentes caractéristiques biologiques, telles qu'une activité anticancéreuse dans le traitement du cancer de la prostate35, antipaludéen36 et antiarythmique37.

Barca et al.38 ont décrit un test de piégeage des radicaux DPPH qui a fonctionné. La solution de DPPH (35 µg/L) a été diluée avec différentes dilutions de la solution méthanolique des composés étudiés et du composé standard (acide ascorbique) (0,25–1 mg/mL). Avec du méthanol comme blanc, le mélange a été placé dans l'obscurité pendant 30 min avant de surveiller l'absorbance à 517 nm (jusqu'à ce que des valeurs d'absorbance stables soient atteintes). Tous les tests ont été effectués en triple exemplaire et les résultats ont été exprimés en écart-type moyen (ET), avec l'acide ascorbique comme référence. L'équation suivante a été utilisée pour calculer les pourcentages inhibiteurs du matériau produit :

où Abs cont = absorbance du contrôle (mélange réactionnel sans l'échantillon à tester) et Abs test = absorbance du mélange réactionnel avec l'échantillon à tester.

Le pourcentage d'activité de piégeage a été tracé par rapport à la concentration de l'échantillon pour calculer l'IC50, qui est définie comme la concentration de l'échantillon requise pour provoquer une inhibition de 50 %.

Singh et Rajini39 ont développé une méthode pour déterminer la capacité FIC. Au FeSO4 (0,1 mM) et à la ferrozine, une solution méthanolique des composés étudiés a été ajoutée à des concentrations variées (de 0,25 à 1 mg/mL) (0,25 mM). Les tubes ont été bien agités avant d'être mis de côté pendant 30 min. A 565 nm, l'absorbance a été mesurée. La formule a été utilisée pour calculer la capacité de chaque échantillon à chélater les ions ferreux :

% FIC = [(Acont – Atest)/Acont] × 100. Les résultats ont été exprimés en IC50.

Le pouvoir réducteur du nouveau composé a été déterminé selon la méthode proposée par Pulido et al.40. Avec 2,5 mL de tampon phosphate (0,2 M) et 2,5 mL de ferricyanure de potassium à 1 %, une solution méthanolique du produit chimique (1 mL) à différentes concentrations (entre 0,25 et 1 mg/mL) a été produite et incubée à 50 °C pendant 20 min. Ce mélange a été calculé par centrifugation à 3000 rpm pendant 20 min après addition de 2,5 mL d'acide trichloroacétique à 10 %. La couche supérieure (2,5 ml) était composée de 2,5 ml d'eau déminéralisée et de 0,5 ml de chlorure ferrique (0,1 %). La solution standard d'acide ascorbique a été traitée de la même manière et l'absorbance a été mesurée à 700 nm. La formule suivante a été utilisée pour calculer le pourcentage d'augmentation du pouvoir réducteur : (%) = [(Atest-Acontrol)/Acontrol] × 100.

Les résultats ont également été donnés sous la forme d'une valeur IC50.

Dans les matériaux cristallins, les différents types d'interactions non covalentes sont l'aspect principal pour étudier l'emballage cristallin et l'arrangement des molécules à l'aide de HSA et des tracés d'empreintes digitales 2D associés à l'aide du logiciel Crystal Explorer 21.541. En général, la carte de surface de Hirshfeld permet de visualiser différentes caractéristiques telles que di, de, dnorm, l'indice en forme et la carte de potentiel électrostatique. La carte dnorm est appelée distance de contact normalisée qui est déterminée par les distances à l'atome le plus proche à l'extérieur (de) et à l'intérieur (di) des surfaces. Dans la carte dnorm, trois couleurs différentes (rouge, bleu et blanc) indiquent respectivement la liaison hydrogène, Van der Waals et les contacts interatomiques. Pour comprendre la contribution des contacts intermoléculaires, le taux d'enrichissement (E) a également été calculé ; ici, les contacts privilégiés se forment tandis que les atomes d'appariement (XY) présentent une forte propension à former des interactions dans le garnissage cristallin42. Dans cette étude, deux nouveaux complexes co-métalliques ont été utilisés pour effectuer une analyse de surface de Hirshfeld à l'aide d'un fichier d'informations cristallographiques (CIF).

En utilisant le programme Gaussian 09 package43, des études de chimie quantique pour les deux complexes de Co-métal ont été réalisées par B3LYP/LANL2DZ (Los Alamos National Laboratory 2 double) comme niveau de théorie pour optimiser les géométries de l'atome de Co-métal et 6-311G** ensemble de base pour les atomes restants dans les deux complexes44. Les géométries initiales des deux complexes métalliques ont été obtenues par la diffraction des rayons X sur monocristal. En outre, le potentiel électrostatique, l'analyse orbitale moléculaire, l'analyse orbitale de liaison naturelle et l'analyse optique non linéaire ont été réalisées en utilisant des géométries optimisées. La structure optimisée, les orbitales moléculaires frontières et les cartes ESP ont été visualisées à l'aide des logiciels Gauss view45 et 3Dplot46. De plus, les descripteurs de réactivité globale (unités en eV), tels que le potentiel d'ionisation, l'affinité électronique, l'électronégativité, le potentiel chimique, la dureté globale et l'électrophilie ont été calculés à l'aide de formules basées sur le théorème de Koopmans47,48,49,50,51 ,52.

Les interactions non covalentes jouent un rôle important pour déterminer la forme et l'architecture supramoléculaire des cristaux dans la phase à l'état solide53. Les complexes métalliques forment différents types d'interactions non covalentes qui influencent de manière significative les structures cristallines. En général, la méthode de cristallographie quantique aide à comprendre la nature des interactions intermoléculaires dans les cristaux au niveau électronique au-delà des paramètres géométriques. Le calcul de la fonction d'onde est une manière alternative de modéliser les données de diffraction. Ces dernières années, l'analyse chimique quantique suivie d'interactions non covalentes et la QTAIM (théorie quantique des atomes dans les molécules) ont également montré des avancées et suscité un énorme intérêt parmi les chercheurs en raison des résultats précieux des expériences54. La fonction d'onde des deux complexes a été générée à partir de la structure cristalline et a été utilisée pour l'analyse des interactions non covalentes afin d'obtenir des résultats plus précis que l'analyse en phase gazeuse.

(1) Le cristal prismatique bleu du complexe de coordination [Co(NCS)4] (3,4-dimethylanilinuim)2 Cl (1) est obtenu et cristallise dans un groupe d'espace monoclinique P21/n avec des motifs de formule Z = 4 dans le cellule unitaire. L'unité asymétrique contient un cation Co (II) sur un centre d'inversion avec quatre anions thiocyanates et trois ligands 3,4-diméthylanilinuim ajoutés à un ion chlorure cristallographiquement indépendant (Fig. 1a).

Vues ORTEP de (a) {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et (b) {[Co(SCN)4] (C5H11 N3)3}·2Cl.

Les cations Co sont quadruplement coordonnés par les quatre anions thiocyanates à liaison N terminale (N2, N3, N4 et N5) pour obtenir les entités inorganiques [Co(SCN)4]2−, les ions Cl− sont situés en y = 1/ 4 et y = 3/4 et les entités cationiques (Fig. 2a). L'angle de liaison et les longueurs de liaison autour des atomes de Co centraux comparables à la littérature précédente ont montré que le tétraèdre est légèrement déformé comme C10H26N4 Co (SCN) 455 et [Ni (SCN) 4] 2 (C5H7N2) 56 (tableau S1).

Projection le long de l'axe a de la structure de (a) {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et (b) {[Co(SCN)4] (C5 H11 N3)3}·2Cl.

Le complexe discret est lié via des liaisons hydrogène intermoléculaires N–H⋯Cl établies entre les atomes N de l'entité cationique et les atomes de chlorure, et également via des liaisons N–H⋯S entre les atomes N de l'entité cationique et les atomes S de thiocyanate , en couches parallèles au plan b/c (Fig. 2b). Ces couches sont en outre connectées par des liaisons hydrogène dans un réseau 3D (Fig. 2a). Les interactions de liaisons H intermoléculaires relient des entités voisines de longueurs de 3,259 (4) Å à 3,374 (4) Å pour les liaisons H N–H⋯S et de 3,076 (4) Å à 3,158 (4) Å pour N–H⋯ Liaisons Cl H. (Table S2), contribuant aux anneaux \({R}_{4}^{2}\) (14) et \({R}_{4}^{2}\) (8) comme le montre la Fig. 4a.

(2) On obtient des cristaux bleus à longue plaque de polymère de coordination {[Co(SCN)4] (C5H11N3)2}·2Cl, qui cristallise dans un système monoclinique avec le groupe d'espace P21/m. L'unité asymétrique comprend un anion tétra(isothiocyanate) cobalt [Co(NCS)4]2−, deux ions chlorure et deux cations histamine (Fig. 1b). Les distances de liaison et les angles de liaison sont résumés dans le tableau S1. La géométrie de coordination des ions centraux Co(II) dans les anions [Co(NCS)4]2−, présentée comme un tétraèdre légèrement déformé (Fig. 3b) dans lequel les cations Co sont coordonnés par des anions thiocyanate liés par N (N4 , 2 équivalents de N5 et N6). La distance de liaison Co – N est de 1,949 (3) Å et les angles de liaison N – Co – N sont compris entre 115,60 (19) et 100,54 (18) °. Ces valeurs sont en accord avec celles trouvées dans les complexes contenant l'anion [M(NCS)4]2−55,56,57,58,59,60,61,62,63.

Projection de la partie anionique le long de l'axe a de la structure de (a) {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et (b) {[Co(SCN)4] (C5 H11 N3)3 }·2Cl.

Les figures 3a et b montrent que les anions [Co(NCS)4]2− sont disposés le long de la direction de l'axe a. Ces anions se trouvent à (\(\frac{1}{4},\) \(\frac{1}{4}\), \(\frac{1}{4}\)), (\(\frac {3}{4},\) \(\frac{1}{4}\), \(\frac{3}{4}\)), pour former des couches anioniques parallèles au plan (b,c).

Les interactions entre les cations et les anions sont présentées à la Fig. 4 sous la forme N–H⋯S et N–H⋯Cl. La stabilité et la robustesse du réseau sont améliorées par ces interactions (tableau S2). Les interactions de liaisons hydrogène intermoléculaires relient les anions thiocyanate voisins via des liaisons hydrogène N–H⋯S avec des valeurs de 2,48 (2) Å et N–H⋯Cl avec des longueurs allant de 2,30 (2) à 2,32 (2) Å, ce qui donne le \ ({R}_{4}^{1}\)(8) et t \({R}_{4}^{1}\)(18) anneaux illustrés à la Fig. 4b.

Cycle de liaisons hydrogène (a) {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et (b) {[Co(SCN)4] (C5 H11 N3)3}·2Cl.

L'importance relative des diverses interactions interatomiques, qui peuvent être stabilisantes, détermine la forme des complexes de coordination (liaison hydrogène, n-empilement). En raison des brefs contacts entre les atomes du cycle phényle, les interactions CH ⋯ π ont été trouvées comme une interaction de type donneur-accepteur faible et attrayante entre un groupe CH acide et un système π basique, qui peut avoir un impact sur la conformation de la molécule et l'état de transition. structure. De plus, les interactions CH⋯π (Fig. 5) entre le cadre CH et les cycles aromatiques avec une distance de 3,876 Å améliorent la stabilité du composé (1), ajoutant plus de stabilité au cadre tridimensionnel avec une distance de 3,675 UN. Aucune interaction CH⋯π ou interaction d'empilement π–π n'a été observée dans (2).

Les interactions CH–π et l'empilement π-π de {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl.

Les diffractogrammes de rayons X sur poudre pour {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et {[Co(SCN)4] (C5 H11 N3)2}·2Cl sont présentés à la Fig. 6. Certains pics avec les très faibles intensités, qui pourraient représenter des contaminants, ne peuvent être indexées. Les résultats ont validé l'identification de (1) et (2) en tant que phases cristallines.

Graphique final du raffinement de Rietveld, montrant les modèles observés de (a) {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et (b) {[Co(SCN)4] (C5 H11 N3)3}· 2Cl.

La figure 6 illustre les modèles PXRD expérimentaux et modélisés. Comme on peut l'observer, le diagramme de diffraction des rayons X sur poudre simulé ressemble étroitement au diagramme expérimental, la majorité des positions des pics se chevauchant. Nous en déduisons que la substance produite et les données cristallines de diffraction sont toutes deux homogènes.

La figure 7 affiche le spectre IR de {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et {[Co(SCN)4] (C5H11N3)2}·2Cl.

Spectres d'absorption infrarouge de (a) {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et (b) {[Co(SCN)4] (C5H11N3)3}·2Cl.

L'existence du ligand thiocyanate et son mode de liaison au centre ionique Co(II) pour la création du complexe anionique [Co(NCS)4] peuvent être démontrés par trois vibrations distinctes.

La vibration d'étirement de la triple liaison carbone-azote du ligand thiocyanique est responsable de la bande forte à 2079 cm−1. La vibration d'étirement de la liaison CS est responsable de la bande faible à 840 cm−1. La vibration de flexion de N–C–S est responsable de la bande faible à 490 cm−1. La liaison du ligand thiocyanate au centre Métal (II) via son atome N-terminal est indiquée par cette affectation de vibration. L'identification de ces bandes aux vibrations du thiocyanate et la détermination de leur mode de coordination est basée sur des études antérieures, telles que celles (C2N6H12) [Co (NCS)4]·H2O64,65,66,67.

Le spectre présente également les vibrations distinctives des organismes cationiques. Les vibrations d'étirement des groupes organiques et hydroxyles ν(N–H) et ν(C–H) correspondent aux larges bandes dans la gamme 3600–2300 cm−1. Les vibrations d'étirement v(C=C) correspondent à la bande à 1504 cm-1. La déformation CH2 peut être affectée à la bande à 1450 cm-1.

La déformation annulaire est responsable des bandes à 1244 et 1180 cm−1. La torsion CH2 est responsable des bandes faibles à 1166 et 1021 cm−1. La déformation annulaire est responsable de la bande faible à 870 cm−16.

A température ambiante, les caractéristiques de luminescence de {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et {[Co(SCN)4] (C5H11N3)2}·2Cl ont été évaluées dans la zone [200–800 nm ], comme le montre la figure 8. Les composés présentent différents comportements de luminescence ; les quatre liaisons caractéristiques pour {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl à 340, 420, 440 et 490 nm sont affectées au transfert de charge, n → π* π → π* d et → d*, les transitions, respectivement, et les trois liaisons caractéristiques pour {[Co(SCN)4] (C5H11N3)2}·2Cl à 377, 434 et 483 nm sont affectées au transfert de charge.

Spectre UV-Vis à l'état solide et représentation TAUC de (a) {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et (b) {[Co(SCN)4] (C5 H11 N3)3}·2Cl.

Le composé a une caractéristique semi-conductrice, avec Eg = 2,48 eV pour (1) et 1,95 eV pour (2), selon le calcul de Eg (2). Ces caractéristiques sont très probablement dues à des interactions moléculaires ; transfert de charge entre les métaux de base et leurs ligands coordonnés ; et en particulier, la présence d'anions thiocyanates, qui peuvent altérer l'émission68.

Des mesures ont été effectuées en utilisant simultanément la thermo-analyse différentielle et la thermos-gravimétrie (DTA-TG) pour étudier les caractéristiques thermiques des composés.

À cet égard, il a été vérifié si une modification métastable différente de {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et {[Co(SCN)4] (C5H11N3)2}·2Cl peut être obtenue aussi récemment rapporté pour d'autres ligands69,70,71.

Les figures 9a et b montrent les courbes thermiques des deux composés de coordination [(1) et (2), respectivement]. Avec ces structures, les deux composés ont des propriétés thermiques similaires. Il présente un allégement entre 347 et 480 K, respectant la décomposition de la partie organique des produits due à la faiblesse des liaisons N–H⋯Cl ainsi que le départ des molécules de chlorure sous forme de HCl. A des températures plus élevées, le thermogramme DTA a montré une série de pics endothermiques successifs qui correspondent à la décomposition de la partie anionique des produits, dans la gamme [490–547 K] a la même variation pour les deux composés, c'est la décomposition de la résultante M(NCS)4 est réalisé à une température plus élevée72. La dégradation s'effectue dans une large gamme de température. Cela peut s'expliquer par les fortes liaisons de coordination métal-azote.

Courbes DTA/TG de (a) {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et (b) {[Co(SCN)4] (C5 H11 N3)3}·2Cl.

Les composés synthétisés ont été étudiés à l'aide de plusieurs tests pour révéler le comportement antioxydant potentiel, trois tests sont effectués sur la base de l'aspect réducteur et chélateur du fer et de l'activité de piégeage du radical 2,2-diphényl-1picrylhydrazyl (DPPH·), modèle de Fenton résumé le pouvoir réducteur des composés en présence de H2O2 pour déplacer le fer de l'état de valence (+ III) à (+ II), le pouvoir chélatant a été testé en présence d'hydroxyde et de H2O2 pour réduire le fer (+ II) pour obtenir le fer (+ III) ) et radical hydroxyle le troisième test du DPPH· est réduit pour obtenir DPPH-H qui signifie la capacité de piégeage vis-à-vis du radical DPPH. Ces tests permettent de juger si un composé a une activité antioxydante directe ou secondaire lorsque l'activité cruciale est détectée respectivement pour le pouvoir de piégeage du DPPH· et de chélation ou de réduction du pouvoir du fer73.

Les résultats sont donnés à la Fig. 10a montrent la capacité de réduction élevée des deux matériaux hybrides organiques-inorganiques synthétisés dans le sens de céder un proton pour obtenir le radical DPPH-H pour piéger le radical toxique DPPH· exprimé en IC 50. Les résultats montrent que les deux nanomatériaux testés ont un bon pouvoir relativement par rapport à l'acide ascorbique pris comme standard. Structurellement, les composés ont une structure corona organique graphique qui donne la possibilité d'assurer le proton responsable de l'accomplissement de la réaction mais la structure n'est pas bien flexible au niveau pour être à la même capacité de l'étalon utilisé, l'activité peut être considérée comme étant relatif au piégeage du radical DPPH. En tant que comportement comparable détecté concernant l'activité de piégeage du radical DPPH· pour les deux composés, il peut dériver de la partie conservée entre eux qui héberge les protons qui est représentée par les groupes amine.

(a) Piégage du radical DPPH· à l'aide des composés synthétisés (1 : {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et 2 : {[Co(SCN)4] (C5 H11 N3)3}·2Cl ) par rapport à l'acide ascorbique (AA) comme standard. (b) Pouvoir chélateur du fer des composés synthétisés (1 : {[Co(SCN)4] (C8H12N)3}·Cl et 2 : {[Co(SCN)4] (C5 H11 N3)3}·2Cl) comparés à l'acide ascorbique (AA) comme standard. (c) Fer réduisant le pouvoir des composés synthétisés (1 : {[Co(SCN)4] (C8H12N)}·Cl et 2 : {[Co(SCN)4] (C5 H11 N3)3}·2Cl) comparés à l'acide ascorbique (AA) comme standard.

Les chélateurs du fer sont des médicaments qui éliminent l'excès de fer de votre corps. La Food and Drug Administration (FDA) a approuvé deux chélateurs de fer pour une utilisation aux États-Unis. La déféroxamine (Desferal®) est normalement administrée en perfusion sous-cutanée (sous la peau) à l'aide d'une petite pompe portative de la taille d'un lecteur de CD.

La capacité liée à la réalisation de chélation de la réaction a été présentée à la Fig. 10b, les histogrammes montrent que les deux composés synthétisés fonctionnent comme un excellent agent mieux que l'AA standard exprimé par IC 5074, les valeurs sont presque 5 fois plus actives que le standard, cette puissance théoriquement liée à la flexibilité des composés testés à collecter les électrons libérés de la réaction. Il est important de mentionner que les composés 1 et 2 ont, littérairement, la même capacité en termes de valeur qui peut s'expliquer par une partie de structure inorganique commune conservée entre eux, l'examen de la structure permettant de conclure sur la présence du partie inorganique des composés à base de centre Co s'ajoute au (SCN)4 pour être responsable de ce pouvoir de collection d'électrons.

Le test est basé sur la capacité à céder un électron pour exécuter la réaction de réciprocité du test précédent, il peut s'écrire comme suit : Fe3+ + e– = Fe2+. A ce niveau la Fig. 10c montre une synergie entre le composé 1 et le standard ayant une activité comparable, le composé 2 présent a également une bonne capacité à céder l'électron. Ces résultats révèlent que la transformation de la capacité Fe3+/Fe2+, en présence des composés 1 et 2, a suffi à marquer la réduction du fer.

L'équation fait intervenir la capacité de la partie inorganique à donner l'électron demandé pour assurer la réaction. La dissociation des composés libère le chlorure dans la solution avec est la seule différence.

En conclusion, il est clair de mentionner que les composés 1 et 2 peuvent être de puissants agents antioxydants secondaires travaillant avec la capacité de libérer et de donner des électrons à la demande de la cellule biologique.

Les deux composés ayant une activité relative de piégeage des radicaux DPPH couplée à une capacité de chélation du fer semblent être un agent antioxydant primaire75. Les deux composés ont un peu de différence en ce qui concerne les tests antioxydants effectués avec des modalités différentes qui peuvent être considérées comme ayant une application pharmacologique potentielle dans cette direction.

Avec l'aide de l'étude HSA, les interactions stabilisatrices dans l'emballage cristallin telles que les groupes donneur-accepteur, les liaisons hydrogène et les interactions π⋯π peuvent être identifiées et visualisées. La carte dnorm des deux complexes Co-métal est illustrée à la Fig. 11; dans lequel, les taches rouge foncé apparaissent sur les atomes de soufre, d'azote et de chlore dans les deux complexes métalliques car les atomes sont les noyaux externes les plus proches de l'accepteur. Ces cartes dnorm confirment que les atomes N, S et Cl forment le type d'interactions intermoléculaires N‒H⋯S et N‒H⋯Cl dans les deux complexes métalliques. De plus, la tache rouge sur l'atome Cl indique leur engagement de liaison avec trois groupes Amine. De plus, la surface rouge sur le Co-métal dans le complexe-II confirme la liaison liée à la symétrie et l'interaction Co⋯S qui n'est pas présente dans le complexe-I. Non seulement la liaison hydrogène, mais également visualiser les interactions de liaison faibles en présence de la surface bleue et blanche sur la carte dnorm des surfaces de Hirshfeld. Deuxièmement, la vue quantitative des interactions non covalentes dans l'emballage cristallin peut être montrée dans les tracés d'empreintes digitales 2D avec le pourcentage de contribution. Ici, plus de 25% des interactions sont des contributions S⋯H dans les deux complexes. En comparant les deux complexes, la contribution de l'interaction H⋯H et C⋯H dans le complexe I est beaucoup plus élevée que dans le complexe II ; alors que la contribution N⋯H et N⋯S de I est inférieure à la II. En comparant les tracés d'empreintes digitales des deux molécules, les pointes pointues apparaissent pleinement sur les contacts S⋯H et de petites pointes se trouvent également sur les contacts N⋯H ; notamment, les contacts Co⋯N apparaissent surtout comme un pic unique dans le complexe-II qui n'est pas dans le complexe-I. Ces pics aigus indiquent que les interactions dominantes sont le caractère cyclique de la liaison H des groupes soufre et azote dans les complexes métalliques. De plus, la forte forme de came-lobe présentée pour les interactions H⋯H dans le I qui est faible dans le II et toutes les autres interactions sont sous la forme d'ailes dans les tracés d'empreintes digitales. D'autre part, le taux d'enrichissement (EAB) est également dérivé de l'étude HS (Fig. 12). La valeur du taux d'enrichissement pour les S⋯H et Cl⋯H s'avère supérieure à celle des autres paires (paires d'hydrogène) ainsi que les paires Co⋯S, S⋯N et S⋯Cl également plus élevées que les autres paires non hydrogène. paires dans les deux complexes, ce qui indique que ces paires présentent une plus grande tendance à former des interconnexions dans la phase à l'état solide.

La carte dnorm de l'analyse de surface de Hirshfeld et leurs tracés d'empreintes digitales avec contribution (%) pour les deux (ac, f) complexe-I et (de, g) complexe-II.

La carte de corrélation montre le taux d'enrichissement des deux complexes.

En général, la carte de potentiel électrostatique moléculaire aide à comprendre la distribution de la densité électronique sur la surface d'une molécule. Elle permet également de révéler la réactivité moléculaire, les sites électrophiles et nucléophiles76. Ici, la carte MESP calculée pour les deux complexes métalliques est illustrée à la Fig. 13; Dans lequel, le voisinage élevé de la surface électronégative est remarqué sur les atomes de soufre et de chlore dans les deux complexes. La gamme de couleurs va du plus négatif au plus positif (rouge-orange-jaune-bleu). Le indique un électron manquant et le jaune/rouge est une région riche en électrons. Par conséquent, les deux cartes différentes du potentiel électrostatique et de la densité électronique totale révèlent la région la plus concentrée pour l'attaque électrophile, probablement des interactions non covalentes au cours de l'emballage cristallin. En outre, les minima et maxima ESP ont également été calculés et la valeur ESP négative élevée (en kcal / mol) a été trouvée autour des atomes de soufre et de chlore, tandis que l'ESP négatif élevé est proche des groupes méthyle. À partir de là, nous pouvons mettre en évidence la région d'interaction non covalente pour les deux molécules.

Carte du potentiel électrostatique des deux complexes métal-organique.

L'orbite moléculaire occupée la plus élevée (HOMO) et l'orbite moléculaire inoccupée la plus basse (LUMO) sont utilisées pour calculer les caractéristiques électroniques des structures moléculaires dans l'analyse des orbitales moléculaires frontières47,48,49,50,51,52. Dans la présente enquête, toutes les propriétés chimiques souhaitées ci-dessus et les descripteurs de réactivité globale sont calculés et leurs valeurs sont données dans le tableau 2. La bande interdite des deux complexes présente une petite valeur qui confirme l'activité chimique, la polarisabilité optique et la faible stabilité cinétique. et montre également que le composé peut favoriser l'activité biologique du composé. En comparaison avec les deux molécules, le complexe II est bien inférieur à I. De plus, les énergies HOMO et LUMO permettent de calculer les descripteurs de réactivité tels que le potentiel d'ionisation et l'affinité électronique. Ce potentiel d'ionisation et cette affinité électronique sont utilisés pour calculer la dureté globale, l'électronégativité et l'électrophilie. Les cartes isosurface HOMO et LUMO des deux complexes sont présentées sur la figure 14; dans lequel, la localisation et la délocalisation des orbitales aident à comprendre les transitions électroniques dans les complexes de coordination. Les HOMO et LUMO sont principalement localisés et délocalisés sur les régions métalliques et soufrées dans les deux complexes. Notamment, le HOMO est également localisé sur l'atome de chlore dans le complexe-II alors qu'il n'apparaît pas dans le I. Le LUMO hautement délocalisé est observé autour des régions du métal et du soufre, cela peut être la forte liaison de coordination métallique. Les deux complexes métalliques sont équivalents sur la base de cette étude orbitale moléculaire, et ils peuvent agir comme des complexes métalliques de transfert de charge intra-ligand.

La carte HOMO et LUMO des deux complexes métalliques, la carte a été dessinée à 0,02.

De nos jours, le rôle de l'activité optique non linéaire des complexes organiques et métal-organiques est l'un des phénomènes importants dans les applications du traitement du signal, des communications optiques, de la commutation optique, de la réponse ultrarapide, des technologies d'affichage par projection laser et du stockage de données77. De plus, selon les études réalisées au début, cela montre que les complexes organométalliques à base de métaux possèdent des propriétés électrochimiques et optiques exceptionnelles par rapport aux composés organiques et inorganiques78. Par conséquent, les propriétés NLO des deux complexes organiques co-métalliques ont été reformées par calcul de chimie quantique au niveau B3LYP/LANL2DZ/6-311G** des ensembles de base dans le progiciel gaussien 09. Dans lequel, le moment dipolaire total (µ), la moyenne et l'anisotropie de polarisabilité (α & ∆α) et les hyperpolarisabilités (β) ont été calculés pour caractériser les propriétés NLO des molécules sélectionnées (tableau 3). Les valeurs calculées sont converties des unités atomiques (au) en unités électrostatiques (esu) à l'aide du facteur de conversion (α : 0,1482 × 10–24 esu & β : 8,6393 × 10–33 esu). L'urée a été le premier composé organique dont les propriétés NLO ont été étudiées et elle est maintenant utilisée comme référence standard pour les nouveaux matériaux NLO79. Pas seulement l'urée, certains articles comparaient le KDP comme référence80. Le moment dipolaire des deux complexes métal-organique est respectivement de 25,30 et 11,69 Debye; ici, le complexe-I présente des interactions plus fortes que ce que j'ai confirmé à partir de l'analyse structurelle. Il est important de noter que le moment dipolaire calculé des complexes co-métalliques est supérieur à celui de l'urée et du KDP. L'hyperpolarisabilité de ces complexes est respectivement de 11,029 (I) et 4,580 × 10–30 ; il montre ~ 55 et ~ 22 fois supérieur à l'urée et ~ 14 et ~ 6 fois supérieur au KDP. De plus, ces valeurs sont beaucoup plus élevées que celles des types similaires de complexes de cadmium et de zinc précédemment signalés81,82. Par conséquent, ces complexes métalliques sont des matériaux NLO plus puissants et efficaces. En raison de la grande valeur β, les composés organométalliques sont un élément attrayant pour les futures études de propriétés optiques non linéaires et un matériau utile pour les propriétés NLO.

L'effet de la covalence et de l'hybridation dans un système moléculaire peut être bien examiné par l'orbite de liaison naturelle (NBO) et il aide également à étudier les interactions orbitales intermoléculaires telles que la liaison hydrogène et les interactions fortes de van der Waals83.

Les liaisons de coordination et leur stabilité dans les composés organométalliques sont caractérisées par la force des interactions dans les complexes synthétisés81,82. Par conséquent, l'analyse NBO des deux complexes métalliques a été effectuée au même niveau que la méthode DFT. Les interactions les plus importantes entre les orbitales donneuses et acceptrices obtenues dans les complexes métal-organiques sont présentées dans le tableau 4, qui est formé en chevauchant les orbitales de π → π *, σ → σ * et σ → π *, résultant transfert de charge intermoléculaire pour stabiliser le système moléculaire. Les interactions n → π* se révèlent être la plus grande énergie de stabilisation parmi toutes les autres interactions dans le système correspondant. Dans les deux complexes, il y a deux interactions qui semblent être plus fortes, les énergies de stabilisation sont présentées dans le tableau 4. Dans lequel, les interactions N‒H⋯Cl et N‒H⋯S dans le complexe II portaient une énergie de stabilisation plus élevée que la même interaction dans le complexe-I. Cependant, toutes les interactions hyperconjugatives tabulées se révèlent plus élevées ce qui conduit à allonger leurs liaisons correspondantes.

De nos jours, la théorie de Bader des atomes dans les molécules a été largement utilisée pour déterminer les différents types de liaisons chimiques comme la liaison covalente et les interactions non covalentes dans divers systèmes moléculaires84 comme les composés organiques85, les sels organiques/cocristaux86, les complexes métal-organique87 et les protéines-. complexes de ligands88. Ces interactions sont calculées à partir des propriétés topologiques telles que la densité électronique et le laplacien de la densité électronique aux points critiques de liaison (BCP). Dans QTAIM, la présence d'une liaison chimique entre une paire d'atomes est déterminée par l'apparition d'un point critique de rang ; dans lequel, le type (3, -1) de recherche de point critique de liaison a été exécuté. La figure 15 montre le point critique de la liaison avec leur densité électronique et leur densité électronique laplacienne ; dans laquelle, les interactions de type N‒H⋯Cl, N‒H⋯S, C‒H⋯N et C‒H⋯C sont représentées en pointillés. Ici, la petite sphère de couleur rose indique le point critique de liaison de la liaison chimique correspondante. La densité électronique ρcp(r) et le Laplacien de densité électronique ∇2ρcp(r) des interactions N‒H⋯Cl et N‒H⋯S montrent une densité électronique élevée et un Laplacien positif de valeurs de densité électronique que les autres interactions dans la molécule. Les interactions à coque fermée ont été vérifiées par la plus faible densité d'électrons et le Laplacien positif des densités d'électrons. Il est important de noter que dans les coordonnées Co-métal avec quatre atomes d'azote, les valeurs ρcp(r) et ∇2ρcp(r) de la liaison Co‒N sont de 0,63/0,65 eÅ−3 et 10.??71/10.??57 eÅ −5 respectivement, ces valeurs sont inférieures à la liaison Co‒N rapportée précédemment en raison d'une orientation de liaison différente et d'un effet de base89. De plus, les propriétés topologiques des interactions intermoléculaires étaient fortement corrélées avec la géométrie des interactions. Le Laplacien 3D de la carte de densité électronique a été dessiné (Fig. 16) à l'aide d'un fichier de fonction d'onde généré à l'aide du module NoSpherA290 et ORCA 4.2.191 dans le logiciel Olex 1.592.

La carte des points critiques de liaison (bcp) avec leurs propriétés topologiques.

Laplacien de la carte de densité électronique des deux complexes (a, b) a été tracé à 0,1 Å.

Johnson et ses collègues ont développé une méthode93 appelée analyse d'interaction non covalente qui permet de caractériser les interactions intermoléculaires et la liaison hydrogène ainsi, il aide à analyser les interactions faibles dans le système moléculaire. Le gradient de densité réduit (RDG) est une quantité scalaire, donnant la force des interactions intermoléculaires. Le RDG a été cartographié par rapport au signe de densité électronique (λ2)ρ ; ici, les interactions répulsives sont confirmées à partir de la valeur de signe (λ2)ρ supérieure à zéro alors que les interactions attractives sont à partir de moins de zéro. La carte RDG colorée montre que les interactions fortes sont en bleu, les interactions faibles de van der Waals sont en vert et les forces de répulsion fortes sont en rouge. Les figures 17a à f montrent le tracé NCI et la carte isosurface des interactions non covalentes dans les deux complexes métalliques. Dans lequel, la surface de couleur bleue entre deux atomes en interaction révèle une forte liaison, la surface de couleur bleu-vert indique des interactions de van der Waals et d'empilement (X‒H⋯π) et la surface rouge au centre des anneaux présente de fortes forces de répulsion , résultant de l'effet stérique et toutes ces interactions sont confirmées à partir des diagrammes de dispersion NCI-RDG.

Carte d'isosurfaces d'interaction non covalente et leur tracé RDG.

La préparation et l'étude de nouveaux composés de coordination, {[Co(SCN)4](C8H12N)3}·Cl et {[Co(SCN)4] (C5H11N3)2}·2Cl, ont été décrites et caractérisées. Pour les deux complexes, le centre métallique s'est avéré tétracoordonné avec quatre entités NCS pour établir une géométrie tétraédrique. La cohésion intermoléculaire est assurée par des liaisons hydrogène N–H⋯S et des interactions d'empilement π⋯π. Les propriétés optiques ajoutées ont été étudiées par des mesures d'absorption FT-IR et des mesures ultraviolettes à l'état solide, ce qui donne un comportement optique important. Une étude thermique par analyse thermique différentielle (ATD) et thermogravimétrique (ATG) met en évidence la capacité et les plages de décomposition. De plus, le dosage antioxydant s'avère également d'une grande efficacité par rapport à l'acide ascorbique.

Les interactions intermoléculaires et l'emballage cristallin ont été analysés à l'aide de différents types de cartographie qui expliquent leurs contributions à l'état solide à l'aide de l'étude HS. L'empreinte digitale nous permet de caractériser les interactions prédominantes qui sont dominées par les interactions de type N‒H⋯S et N‒H⋯Cl. Les régions donneur et accepteur d'électrons dans les complexes organiques co-métalliques ont été identifiées à l'aide de cartes de potentiel électrostatique. L'analyse NLO prédit que les complexes co-métalliques peuvent être utilisés comme matériau NLO dans différentes applications. L'analyse orbitale moléculaire et les descripteurs réactifs globaux ont confirmé leur réactivité chimique. L'interaction non covalente et l'analyse QTAIM aident à découvrir la nature des interactions dans la phase cristalline.

Les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié [et ses fichiers d'informations supplémentaires]. Un numéro de dépôt CCDC 2061205 et 2131386 contient les données cristallographiques supplémentaires pour (1) et (2). Ces données peuvent être obtenues gratuitement via http://www.ccdc.cam.ac.uk/conts/retrieving.html, ou auprès du Cambridge Crystallographic Data Center, 12 Union Road, Cambridge CB2 1EZ, Royaume-Uni ; télécopie : (+ 44) 1223-336-033 ; ou par e-mail : [email protected].

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Sajjad Ahmad

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AF et JM ont réalisé des expériences, rédigé le projet original et analysé les données ; YEB a rédigé l'article, la conservation des données et l'approbation finale de la version soumise ; Logiciel KS, enquête et rédaction du document ; AV a réalisé les expériences aux rayons X, analysé et interprété les données ; Curation des données HEH et révision finale de l'approbation ; enquête SA et conservation des données ; WS a conçu et supervisé le plan de recherche.

Correspondance à Heba E. Hashem.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Ferchichi, A., Makhlouf, J., El Bakri, Y. et al. Auto-assemblage de nouveaux complexes de cobalt basés sur [Co (SCN)4], synthèse, empirique, activité antioxydante et investigations de la théorie quantique. Sci Rep 12, 15828 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18471-7

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Reçu : 14 mai 2022

Accepté : 12 août 2022

Publié: 22 septembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-18471-7

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