Nei complessi polimetallici, due o più atomi di metallo si combinano con molecole organiche in più grandi, strutture molecolari complesse. Tali complessi sono utilizzati nello sviluppo di ad es. nuovi catalizzatori, magneti molecolari e sensori. Nel passato, i complessi polimetallici sono stati spesso sintetizzati con il metodo per tentativi ed errori di miscelazione di ioni metallici con ligandi organici, dando luogo a composti imprevedibili. L'approccio moderno prevede i macrocicli:molecole organiche aventi una struttura ad anello. Lo spazio interno delle molecole macrocicliche può essere utilizzato per ancorare un complesso polimetallico durante la sua formazione, un "trucco" che consente la sintesi riproducibile di prodotti finali prevedibili. Shigehisa Akine dell'Università di Kanazawa, Mark MacLachlan della University of British Columbia (UBC) e NanoLSI (Kanazawa University), e UBC Ph.D. lo studente Mohammad Chaudhry ha ora pubblicato una panoramica completa della sintesi di complessi polimetallici attraverso il percorso del macrociclo, che discute anche come determinate proprietà di un complesso possono essere sintonizzate modificando la composizione del macrociclo utilizzato.

Gli scienziati discutono prima delle origini del campo. Negli anni '70, è stato dimostrato che i cosiddetti complessi dinucleari macrociclici [2+2] potrebbero essere formati utilizzando un composto organico relativamente semplice, con formula molecolare C ₉ h ₈ oh ₃ , come elemento costitutivo. Questi complessi dinucleari sono costituiti da due atomi di metallo che si trovano in una "rete" organica con simmetria doppia. Macrocicli Robson simili, come vengono chiamati, si può ottenere con 6 metalli, con la struttura complessiva [3+3] avente simmetria tripla (triangolare). I macrocicli di Robson sono ancora oggetto di ricerca oggi, ma il metodo rimane alquanto imprevedibile.

I ricercatori spiegano quindi come i macrocicli [2+2] (con doppia simmetria) e [3+3] (con simmetria triangolare) siano presenti anche nei progetti contemporanei. I composti [3+3] sono oggi oggetto di ricerca attiva a causa del loro potenziale come magneti a singola molecola, molecole che esibiscono (para)magnetismo. Utilizzando i macrocicli, le proprietà magnetiche delle molecole che ne derivano possono essere regolate modificando la dimensione e la composizione dei cluster. Per quanto riguarda i complessi [2+2], questi sono noti per avere cavità che possono essere sfruttate per creare cluster unici.

Un'altra classe interessante di strutture multimetalliche sono i "macrocicli di Pacman", costruito da leganti che mostrano una fessura. Questa geometria può essere utilizzata per catturare e attivare piccole molecole metallo-ligando-metallo. In tale contesto, I macrocicli Pacman con due atomi di uranio sono stati studiati intensamente nel contesto del trattamento delle scorie nucleari. Akin, MacLachlan e Chaudhry mostrano anche che, più generalmente, utilizzando ligandi Pacman, i chimici sono riusciti a creare diversi complessi polimetallici strutturalmente e chimicamente unici.

L'ultimo tipo di macrocicli discusso dai ricercatori presenta anelli piridinici (la piridina è simile al benzene, con un'unità C–H sostituita da azoto). I macrocicli ad anello piridinico offrono un'elevata flessibilità, e può essere utilizzato per sintetizzare una varietà di complesse strutture multimetalliche:gli autori forniscono molti esempi di complessi contenenti argento.

Gli scienziati concludono la loro revisione con una prospettiva di questa affascinante area di ricerca. Nello specifico, notano che è probabile che una tendenza futura sia quella di imitare l'attività dei cluster presenti in natura nei sistemi viventi. Infatti, i complessi polimetallici svolgono ruoli chiave in importanti reazioni come la riduzione dell'azoto in ammoniaca e l'ossidazione del monossido di carbonio in anidride carbonica.