Il carattere speciale del bismuto è stato veramente apprezzato solo negli ultimi 25 anni. Prima di ciò, gli studi chimici di questo elemento riguardavano principalmente aspetti inorganici tradizionali, come affrontare la chimica acido–base e allo stato solido di alogenuri e calcogenuri, compresi i loro corrispondenti bismutati. Questo lavoro è stato completato da alcuni semplici composti di coordinazione e specie di organobismuto e dai primi passi in composti non comuni con policazioni e polianioni.

Il più recente, maggiore apprezzamento si è verificato a causa della consapevolezza di composti di bismuto molto eccezionali, le cui proprietà fisiche e chimiche non sono come quelle caratteristiche di altri elementi e influenzano molte discipline scientifiche in chimica, fisica e scienza dei materiali. Il bismuto è uno degli elementi essenzialmente nonradioattivi più pesanti della Tavola periodica (209Bi ha un’emivita di 2,01 × 1019 anni!) e, come tale, possiede un enorme accoppiamento spin-orbita. Questo elemento presenta anche un stereochemically attiva 6s2 coppia solitaria di elettroni, può adottare una grande diversità di numeri di coordinazione e di legame modalità, forma composti con una vasta gamma di nuclearities, e ha la capacità di adottare tutti ossidato e ridotto di membri da 5+ 3– in composti del bismuto–bismuto, bismuto–metallo, e bismuto–metalloide farmacologiche. Per evidenziare alcuni degli incredibili attributi del bismuto, presentiamo questo Forum di chimica inorganica, “Bismuth-The Magic Element”, al fine di mostrare la diversità dei suoi composti che si estende su varianti ibride inorganiche, organoelementi e inorganiche–organiche e per sottolineare l’enorme potenziale di progressi che esistono ancora negli studi futuri della scienza basata sul bismuto.

Da un punto di vista chimico fondamentale, si riconosce la comparsa di nuove classi di composti di bismuto con strutture e proprietà chimiche molto insolite che sono emerse da nuovi concetti sintetici. Oltre a grandi polianioni e policazioni di bismuto, questo include gabbie eteroatomiche, come i composti Bi–N riportati da Axel Schulz e colleghi (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03221), o enormi ammassi di ossido di bismuto, come quelli presentati nell’articolo di Michael Mehring e coautori che riportano un ammasso polinucleare Bi-O drogato al cerio e la sua degradazione in ossido di bismuto drogato (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03240).

Diversi articoli all’interno di questo numero del Forum fanno luce sulla variabilità dei potenziali stati di ossidazione del bismuto, dei partner di legame e degli ambienti di coordinamento, che sono stati grandemente sottovalutati per molto tempo. Sono attualmente in fase di sviluppo nuovi catalizzatori a base di bismuto che mostrano un notevole potenziale di attivazione del legame e sono allo studio composti rilevanti con nuovi motivi di coordinazione per espandere ulteriormente questo campo. Nel loro articolo sul forum sulla struttura, l’eteroaromaticità e l’acidità di Lewis delle bismepine, Lichtenberg e coautori discutono le proprietà dei composti di bismuto neutro e cationico (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03189).

Un’altra direzione di grande attualità della ricerca sul bismuto riguarda i nuovi materiali. La proprietà del bismuto è un elemento del periodo 6-cioè un elemento che è influenzato da effetti relativistici-lo rende speciale come i suoi vicini 6s-6p tallio, piombo e polonio ma senza essere altrettanto tossici. Quindi, è un candidato perfetto per lo sviluppo di composti funzionali e materiali che possono anche essere sostenibili. Questo vale soprattutto per i materiali di celle fotovoltaiche perovskite correlati che potrebbero sostituire i composti di piombo attualmente popolari ma tossici, che è affrontato da diversi articoli in questo numero del forum. Questi includono rapporti sui trialidi di bismuto da Canepa, Cheetham e coautori (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03214) così come Mao, Seshadri, e coautori (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03415), multinary halogenido bismuthates di Heine e coautori (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03287), e un semiconduttore Bi2O2 (C4O4) struttura metallo–organica preparato da Horcajada e coautori (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03290).

L’uso potenziale di bismuti halido particolarmente polari come materiali dielettrici e ottici non lineari motiva anche lo studio delle proprietà ferroelettriche, come dettagliato nell’articolo completo di Jakubas et al. sull’ibrido organico-inorganico a base di bismuto (C2H5NH3) 2 e le sue transizioni di fase (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03193). Inoltre, il bismuto si trova in alcuni dei materiali termoelettrici più performanti; ad esempio, Schulz e coautori riportano nuovi metodi di sintesi a bassa temperatura a base ionica-liquida di nanoparticelle di calcogenuro di bismuto cristallino puro di fase (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03060). Inoltre, gli enormi effetti di spin–orbita-accoppiamento dell’elemento sono responsabili delle proprietà topologiche e quantistiche dei materiali, un campo che era praticamente sconosciuto un decennio fa. Questo è ampiamente esaminato nell’articolo di Anna Isaeva e Michael Ruck (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03461).

Approcci sintetici contemporanei e innovativi hanno portato ad ulteriori espansioni nello sviluppo di nuovi solidi a base di bismuto. Oltre all’applicazione della sintesi a bassa temperatura come i metodi ionico-liquidi sopra menzionati, l’uso di tecniche di flusso di bismuto ha aggiunto a questo aspetto negli ultimi anni. L’uso dell’elemento per la preparazione di MgNi2Bi4 metallico è descritto da Latturner e coautori (DOI: 10.1021 / acs.inorgchem.9b03196), e la sintesi di bismutidi multicomponenti di transizione che sono stati preparati in questo modo è riportata da Ovchinnikov e Bobev (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b02881). Tuttavia, i metodi convenzionali possono anche essere ottimizzati e impiegati in modo più controllato su studi approfonditi, che sono affrontati nell’articolo di Nyman e coautori, che hanno studiato i cationi di bismuto come una manopola per “sintonizzare” l’assemblaggio e lo smontaggio controllati nella sintesi inorganica e in natura (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03646).

Il fatto notevole, come notato in precedenza, che il bismuto è il metallo non radioattivo più pesante nella Tavola periodica ed è praticamente non tossico motiva lo sviluppo di una ricchezza di varianti di valore potenziale in medicina e sanità. Infatti, gli effetti astringenti, antisettici e diuretici dei suoi composti sono stati conosciuti e applicati fin dai tempi alchemistici. Il ben noto Pepto-Bismol (subsalicilato di bismuto) e De-Nol (subcitrato di bismuto colloidale) sono esempi famosi, ma la ricerca più recente è stata diretta verso lo sviluppo di nuovi agenti di contrasto per immagini, composti bioattivi di bismuto come farmaci antinfiammatori, metallodrug per combattere la leishmaniosi e agenti antitumorali e antimicrobici. In questo contesto, Gu, Zhao e coautori riferiscono su nanosheets di ossido di bismuto come radiosensibilizzatori con attività simile alla catalasi per l’alleviamento dell’ipossia e la radioterapia tumorale (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03280). Tuttavia, come sottolineano, la selettività della citotossicità dei composti di bismuto e il loro potenziale effetto sulle cellule sane sono ancora problemi. Una discussione critica del bismuto come metallo “verde” può essere trovata in uno studio completo sull’attività antimicrobica e sulla citotossicità dei complessi tiolati di organobismuto di Andrews e coautori (DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03550).

Data la rapida e continua espansione della ricerca legata al bismuto, che riflette anche la volontà degli istituti di ricerca e delle agenzie di finanziamento di tutto il mondo di sostenerlo, questo problema del Forum non è affatto un’immagine completa di ciò che viene fatto nella chimica del bismuto in questi giorni. Qui, abbiamo inteso presentare una selezione rappresentativa di argomenti di alcuni autori di prima classe. Ringraziamo tutti loro per i loro ottimi contributi e, con questa raccolta di articoli del forum, speriamo di stuzzicare l’appetito per ulteriori ricerche e continui sviluppi dell’affascinante e “magica” chimica del bismuto in corso in tutto il mondo.