Macrocyclic Receptor Exhibiting Unprecedented Selectivity for Light Lanthanides

化学 镧系元素 选择性 组合化学 立体化学 有机化学 离子 催化作用
作者
Adrián Roca-Sabio,Marta Mato‐Iglesias,David Esteban‐Gómez,Éva Tóth,A. De Blas,Carlos Platas‐Iglesias,T. Rodríguez-Blas
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:131 (9): 3331-3341 被引量:153
标识
DOI:10.1021/ja808534w
摘要

We report a new macrocyclic ligand, N,N'-bis[(6-carboxy-2-pyridil)methyl]-4,13-diaza-18-crown-6 (H(2)bp18c6), designed for complexation of lanthanide ions in aqueous solution. Potentiometric measurements evidence an unprecedented selectivity of bp18c6 for the large Ln(III) ions. Among the different Ln(III) ions, La(III) and Ce(III) show the highest log K(ML) values, with a dramatic drop of the stability observed from Ce(III) to Lu(III) as the ionic radius of the Ln(III) ions decreases (log K(CeL) - log K(LuL) = 6.9). The X-ray crystal structures of the Gd(III) and Yb(III) complexes show that the metal ion is directly bound to the 10 donor atoms of the bp18c6 ligand. The structure of the complexes in solution has been investigated by (1)H and (13)C NMR spectroscopy, as well as by theoretical calculations performed at the DFT (B3LYP) level. Our results indicate that a conformational change occurs around the middle of the lanthanide series: for the larger Ln(III) ions the most stable conformation is Delta(deltalambdadelta)(deltalambdadelta), while for the smallest Ln(III) ions (Gd-Lu) our calculations predict the Delta(lambdadeltalambda)(lambdadeltalambda) form being the most stable one. This structural change was confirmed by the analysis of the Ce(III)-, Pr(III)-, and Yb(III)-induced paramagnetic (1)H shifts. The selectivity that bp18c6 shows for the large Ln(III) ions can be attributed to a better fit between the light Ln(III) ions and the relatively large crown fragment of the ligand. Indeed, our DFT calculations indicate that the interaction between the Ln(III) ion and several donor atoms of the crown moiety is weakened as the ionic radius of the metal ion decreases.
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