Väitös: Ligandisuunnittelu avaa uusia reittejä metallikompleksien reaktiivisuuden hallintaan (Suvinen)
Kemiassa ligandeilla tarkoitetaan molekyylejä tai ioneja, jotka sitoutuvat keskusatomiin tai -ioniin muodostaen koordinaatioyhdisteitä. Vaikka metallikeskuksia on verrattain rajallinen määrä, on ligandien maailma käytännössä rajaton. Tämä johtuu siitä, että ne rakentuvat epämetalliatomeista, kuten hiilestä, typestä, hapesta ja vedystä, jotka voivat yhdistyä lukemattomin tavoin.
- Ligandit ovat keskeinen työkalu, kun halutaan muokata koordinaatioyhdisteiden rakennetta, ominaisuuksia ja reaktiivisuutta, selventää väitöskirjatutkija Roope Suvinen Jyväskylän yliopistolta.
Uusi karbeeniligandi mahdollistaa poikkeuksellisia rakenteita
Roope Suvisen väitöskirjassa keskityttiin kehittämään uusia syklisiin (alkyyli)(amino)karbeeneihin perustuvia bis-ligandeja. Nämä ligandit pystyvät sitoutumaan metalliin useammasta kohdasta, jolloin syntyy kelaatteja eli erityisen pysyviä ja monikäyttöisiä koordinaatioyhdisteitä.
- Tavoitteen saavuttaminen ei ollut yksinkertaista. Yhteistyössä Professori Roland Roeslerin (Calgaryn yliopisto) tutkimusryhmän kanssa onnistuimme kuitenkin valmistamaan ensimmäisen tämän tyyppisen kelatoivan bis-ligandin, kertoo Suvinen.
Uuden ligandin toimivuus osoitettiin sen muodostamien siirtymämetallikompleksien avulla. Yksi kiinnostavimmista löydöksistä oli kaksikoordinoitunut nikkeli(0)-kompleksi, jonka rakenne on poikkeuksellisen taipunut. Tämänkaltaiset metallikompleksit ovat keskeisiä katalyysissä, erityisesti reaktioissa, joissa muodostuu uusia hiili–hiili-sidoksia.
- On kiinnostavaa nähdä, millaisia sovelluksia tälle ligandille tai sen muunnoksille jatkossa löytyy, toteaa Suvinen.
Karbeenit tekevät enemmän kuin sitoutuvat
Väitöskirjassa tarkasteltiin myös heksakloorifosfatseenin reaktioita syklisen (alkyyli=(amino)karbeenin kanssa. Tulokset osoittivat yllättävän ilmiön, sillä karbeenit pystyvät toimimaan myös pelkistiminä ilman ulkoista pelkistintä.
Reaktiossa syntyi fosfori-typpiyhdisteitä, jotka muistuttivat kemialliselta käyttäytymiseltään fosfiiniligandeja. Tutkimuksessa mallinnettiin erityisesti yhdisteiden valon absorptioon liittyviä ominaisuuksia ja niiden yhteyttä rakenteellisiin muutoksiin.
- Vaikka heksakloorifosfatseeni tunnetaan jo 1800-luvulta, sen pelkistysreaktiot ovat olleet huonosti ymmärrettyjä. Tutkimuksemme osoittaa, että reaktiot voivat edetä yllättävillä tavoilla, ja lopputuotteiden ominaisuudet ovat erittäin mielenkiintoisia, sanoo Suvinen.
Pienet muutokset, suuret vaikutukset
Suvinen tutki myös germaniumyhdisteen reaktiivisuutta hiilidioksidin kanssa. Tulokset paljastivat, että yhdisteen käyttäytyminen muuttuu merkittävästi, kun sen rakenne muuttuu hienovaraisesti esimerkiksi ionien välistä vuorovaikutusta heikentämällä. Eristetty anioni reagoi hiilidioksidin kanssa [2+2]-sykloadditiolla, kun taas ioniparin väliset vuorovaikutukset johtavat koordinaatiosidoksen muodostumiseen.
- Pienetkin rakenteelliset muutokset voivat aiheuttaa suuria eroja reaktiivisuudessa. Mitä paremmin ymmärrämme näitä yhteyksiä, sitä tehokkaammin voimme ennustaa ja hyödyntää materiaalien ominaisuuksia, kiteyttää Suvinen.
FM Roope Suvisen väitöskirjan "Experimental and Computational Investigations of Cyclic (Alkyl)(Amino)Carbenes and their Transition Metal and Main Group Complexes” tarkastustilaisuus pidetään perjantaina 26.6.2026 klo 12:00 Agoran Auditorio 2 (Ag B105). Vastaväittäjänä toimii professori Jason D. Masuda (Saint Mary's University, Kanada) ja kustoksena professori Heikki M. Tuononen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.
Väitöskirja on luettavissa verkossa osoitteessa: https://jyx.jyu.fi/jyx/Record/jyx_123456789_111617?sid=472971919
