vismutin erityisluonne on saanut todellista arvostusta vasta viimeisten 25 vuoden aikana. Tätä ennen tämän alkuaineen kemialliset tutkimukset liittyivät lähinnä perinteisiin epäorgaanisiin seikkoihin, kuten halidien ja kalkogenidien happo–emäs-ja solid-state-kemiaan, mukaan lukien niitä vastaavat bismutaatit. Tätä työtä täydensivät muutamat yksinkertaiset koordinaatioyhdisteet ja organobismuttilajit sekä ensimmäiset askeleet harvinaisiin yhdisteisiin, joissa on polycationeja ja polyanioneja.

viime aikoina arvostusta on lisännyt tietoisuus hyvin poikkeuksellisista vismuttiyhdisteistä, joiden Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet eivät vastaa muille alkuaineille ominaisia ominaisuuksia ja vaikuttavat moniin kemian, fysiikan ja materiaalitieteen tieteenaloihin. Vismutti on jaksollisen järjestelmän raskaimpia oleellisesti ei-radioaktiivisia alkuaineita (209bi: n puoliintumisaika on 2,01 × 1019 vuotta!) ja omaavat sellaisenaan valtavan spin-orbit-Kytkimen. Tällä elementillä on myös stereokemiallisesti aktiivinen 6S2-yksinäinen elektronipari, se voi hyväksyä suuren moninaisuuden koordinaatiolukuja ja sidostiloja, muodostaa yhdisteitä, joilla on laaja valikoima nukleidejä, ja sillä on kyky hyväksyä kaikki hapettuneet ja pelkistetyt tilat 5+: sta 3: een yhdisteissä, joissa on vismutti– vismutti, vismutti–metalli ja vismutti–ei–metalliset vuorovaikutukset. Korostaaksemme joitakin vismutin uskomattomia ominaisuuksia esittelemme tämän epäorgaanisen kemian foorumin, ”vismutti-Taikaelementti”, esitelläksemme sen epäorgaanisten, orgaanisten ja epäorgaanis–orgaanisten hybridimuunnosten monimuotoisuutta ja korostaaksemme vismuttipohjaisen tieteen tulevissa tutkimuksissa vielä olemassa olevia valtavia edistysaskeleita.

kemian perusnäkökulmasta tunnistaa uusien synteettisten käsitteiden pohjalta syntyneiden vismuttiyhdisteiden uusien luokkien ilmaantumisen, joilla on hyvin epätavallisia rakenteita ja kemiallisia ominaisuuksia. Suurten vismuttipolyanionien ja polykationien lisäksi tähän kuuluvat heteroatomiset häkit, kuten Axel Schulzin ja työtovereiden raportoimat Bi–N-yhdisteet (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03221) tai valtavia vismuttioksidiklustereita, kuten Michael Mehringin ja coauthorsin artikkelissa esitellyt klusterit, jotka raportoivat Cerium-seostetusta polynukleaarisesta Bi–O-klusterista ja sen hajoamisesta seostetuksi vismuttioksidiksi (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03240).

useat tämän foorumin artikkeleista valottavat vismutin mahdollisten hapetustilojen, sitovien kumppaneiden ja koordinaatioympäristöjen vaihtelua, joita on suuresti aliarvioitu jo pitkään. Tällä hetkellä kehitetään uusia vismuttipohjaisia katalyyttejä, joilla on huomattava sidosaktivaatiopotentiaali, ja relevantteja yhdisteitä, joilla on uusia koordinaatiomotiiveja, tutkitaan tämän alan laajentamiseksi. Lichtenberg ja koautorit käsittelevät Vismepiinien rakennetta, heteroaromaattisuutta ja Lewis-happamuutta käsittelevässä Forum-artikkelissaan neutraalien ja kationisten vismuttiyhdisteiden ominaisuuksia (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03189).

toinen vismuttitutkimuksen erittäin ajankohtainen suunta käsittelee uusia materiaaleja. Ominaisuus, että vismutti on periodinen 6-alkuaine—eli elementti, johon relativistiset vaikutukset vaikuttavat—tekee siitä yhtä erityisen kuin sen 6s–6p-naapureista talliumista, lyijystä ja poloniumista, mutta olematta yhtä myrkyllinen. Siksi se on täydellinen ehdokas kehittämään toiminnallisia yhdisteitä ja materiaaleja, jotka voivat olla myös kestäviä. Tämä pätee erityisesti perovskiittiin liittyviin aurinkokennomateriaaleihin, jotka voisivat korvata nykyisin Suositut mutta myrkylliset lyijy-yhdisteet, joita käsitellään useissa tämän foorumin artikkeleissa. Näitä ovat raportit Vismuttitrihalideista Canepasta, Cheetamista ja coautoreista (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03214) sekä Mao, Seshadri ja kanssaihmiset (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03415), Heine and coauthorsin Monialaiset halogenido bismuthaatit (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03287) ja Horcajadan ja coauthorsin valmistama puolijohde Bi2O2(C4O4) metalli–orgaaninen kehys (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03290).

erityisesti polaaristen halido-bismutaattien mahdollinen käyttö epälineaarisina dielektrisinä ja optisina materiaaleina motivoi myös ferrosähköisten ominaisuuksien tutkimista, kuten jakubas et al: n laaja artikkeli kertoo. vismuttipohjaisesta orgaanis-epäorgaanisesta hybridistä (C2H5NH3) 2 ja sen faasitransitioista (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03193). Lisäksi vismuttia esiintyy eräissä parhaiten toimivissa lämpösähköisissä materiaaleissa; esimerkiksi Schulz ja coauthors raportoivat uusista menetelmistä ioni-nestepohjaisen matalan lämpötilan synteesille faasipuhtaista kiteistä vismuttikalkogenidinanopartikkeleita (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03060). Lisäksi alkuaineen valtavat spin-orbit-kytkentävaikutukset ovat vastuussa topologisista ja kvanttimateriaalin ominaisuuksista, mikä kenttä oli vuosikymmen sitten käytännössä tuntematon. Tätä kartoitetaan kattavasti Anna Isajevan ja Michael Ruckin artikkelissa (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03461).

nykyaikaiset ja innovatiiviset synteettiset lähestymistavat ovat johtaneet uusiin laajennuksiin uusien vismuttipohjaisten kiintoaineiden kehittämisessä. Matalan lämpötilan synteesin, kuten edellä mainittujen ioni-nestepohjaisten menetelmien, käytön lisäksi vismuttivuomenetelmien käyttö on lisännyt tätä näkökohtaa viime vuosina. Alkuaineen käyttöä metallisen MgNi2Bi4: n valmistukseen kuvaavat Latturner ja coauthors (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03196), ja tällä tavalla valmistettujen monikomponenttisten siirtymämetallien bismutidien synteesin raportoivat Ovtšinnikov ja Bobev (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b02881). Silti tavanomaisia menetelmiä voidaan myös optimoida ja käyttää hallitummalla tavalla perusteellisissa tutkimuksissa, joita käsitellään artikkelissa Nymanin ja coauthorsin toimesta, jotka tutkivat vismuttikationeja nuppina ”virittämään” hallittua kokoonpanoa ja purkamista epäorgaanisessa synteesissä ja luonnossa (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03646).

se huomattava seikka, että vismutti on jaksollisen järjestelmän raskain ei-radioaktiivinen metalli ja käytännöllisesti katsoen myrkytön, motivoi kehittämään runsaasti potentiaalisia varianteja lääketieteessä ja terveydenhuollossa. Sen yhdisteiden supistavia, antiseptisiä ja diureettisia vaikutuksia on tosiaan tunnettu ja sovellettu alkemistisista ajoista lähtien. Tunnetut Pepto-Bismoli (vismuttisubsalisylaatti) ja De-Nol (kolloidinen vismuttisubsitraatti) ovat kuuluisia esimerkkejä, mutta uudempaa tutkimusta on suunnattu uusien kuvantavien varjoaineiden, bioaktiivisten vismuttiyhdisteiden kehittämiseen tulehduslääkkeinä, metallodrugien leishmaniaasin torjuntaan sekä antitumor ja mikrobilääkkeet. Tässä yhteydessä Gu, Zhao ja coauthors raportoivat vismuttioksidinanosheeteistä radiosensitaattoreina, joilla on katalaasin kaltainen aktiivisuus hypoksian lievittämiseen ja kasvaimen sädehoitoon (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03280). Kuten he kuitenkin huomauttavat, vismuttiyhdisteiden sytotoksisuuden selektiivisyys ja niiden mahdollinen vaikutus terveisiin soluihin ovat edelleen kysymyksiä. Kriittinen keskustelu vismutista ”vihreänä” metallina löytyy Andrewsin ja coauthorsin kattavasta tutkimuksesta organobismuttitiolaattikompleksien antimikrobisesta aktiivisuudesta ja sytotoksisuudesta (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03550).

ottaen huomioon vismuttiin liittyvän tutkimuksen nopean ja jatkuvan laajenemisen, mikä kuvastaa myös tutkimuslaitosten ja rahoittajien halukkuutta tukea sitä maailmanlaajuisesti, Tämä foorumin kysymys ei ole suinkaan täydellinen kuva siitä, mitä vismuttikemiassa nykyään tehdään. Tässä, aioimme esittää edustavan valikoiman aiheita joidenkin ensiluokkaisten kirjailijoiden. Kiitämme heitä kaikkia heidän hienosta panoksestaan, ja tämän foorumin artikkelikokoelman avulla toivomme herättävämme halun lisätä tutkimusta ja jatkaa eri puolilla maailmaa käynnissä olevan kiehtovan ja ”maagisen” vismuttikemian kehitystä.