Det lykkes kemikere at syntetisere et molekyle, der først blev forudsagt for 20 år siden

Den første og den bedst kendte metallocen er "ferrocen", som indeholder et enkelt jernatom. I dag kan sandwichkomplekser findes i mange lærebøger i uorganisk kemi, og metallocenernes binding og elektroniske struktur undervises på bacheloruddannelser i kemi. Sandwichmolekyler spiller også en vigtig rolle i industrien, hvor de bruges som katalysatorer og i syntesen af ​​specielle metallopolymerer.

Ingen ved præcis, hvor mange sandwich-molekyler der er i dag, men tallet er bestemt i tusindvis. Og de har alle én ting til fælles:et enkelt metalatom placeret mellem to flade ringe af kulstofatomer.

Det var i hvert fald, hvad man troede frem til 2004, hvor en forskergruppe fra universitetet i Sevilla gjorde en opsigtsvækkende opdagelse. Det lykkedes for det spanske forskerhold at syntetisere et sandwich-molekyle, der ikke indeholdt ét men to metalatomer. I lang tid forblev denne "dimetallocen" indeholdende to zinkatomer det eneste eksempel af sin art, indtil en gruppe i Storbritannien sidste år lykkedes med at syntetisere et meget lignende molekyle, der indeholdt to berylliumatomer.

Men nu har Inga Bischoff, ph.d.-studerende i Dr. André Schäfers forskerhold ved Saarland University, taget tingene et stort skridt videre. Hun har formået i laboratoriet at syntetisere verdens første 'heterobimetalliske' sandwichkompleks - en dimetallocen, der indeholder to forskellige metalatomer.

Kort efter opdagelsen af ​​den første dimetallocen i 2004 indikerede teoretisk arbejde, at dimetallocener ikke nødvendigvis behøver at indeholde to identiske metalatomer, og at et kompleks med to forskellige metalatomer også skulle være stabilt. Disse forudsigelser blev lavet på grundlag af kvantekemiske modelleringsberegninger ved hjælp af kraftige computere. På trods af denne forudsagte stabilitet var alle forsøg på at skabe et sådant molekyle i laboratoriet mislykkede indtil Bischoffs nuværende gennembrud.

"Det er virkelig spændende og specielt, når man indser, hvad man har i hænderne. For det blotte øje ligner det bare endnu et hvidt pulver. Men jeg kan stadig tydeligt huske det øjeblik, hvor vi første gang så den eksperimentelt bestemte molekylære struktur på computerskærmen, og vi vidste, at vi havde et sandwich-molekyle med to forskellige metalatomer," sagde Dr. Schäfer.

"Hvilke kulstofringe du vælger er lige så vigtigt som hvilke metalatomer du vil lukke mellem dem. Dette er kritisk, fordi de elektroniske strukturer af de cykliske kulstofringe og metalatomerne skal matche hinanden," forklarede Bischoff.

"De metaller, der er indeholdt i vores 'heterobimetalliske dimetallocen', er lithium og aluminium. Beregninger forudsagde, at disse to metaller ville være egnede kandidater, fordi deres elektroniske struktur i nogle forstand ligner den af ​​to zinkatomer, som vi vidste kunne danne en stabil dimetallocen. "

Men det, der lyder så enkelt og ligetil, tog måneder at opnå. Molekylet viser sig at være så reaktivt, at det kun kan syntetiseres, opbevares og analyseres under et inert nitrogen- eller argon-tæppe. Hvis det kom i kontakt med luft, ville det simpelthen nedbrydes.

Når først det var blevet syntetiseret, skulle molekylet karakteriseres, hvilket involverede et helt hold forskere fra Saarlands Universitet. Resultaterne af deres arbejde er nu blevet offentliggjort i Nature Chemistry .

"Vores heterobimetalliske dimetallocen repræsenterer, hvad der faktisk er en helt ny klasse af sandwich-molekyler," sagde gruppeleder Dr. Schäfer. "Hvem ved, måske kommer det også med i en elevbog en dag. Men først og fremmest skal vi studere det nærmere.

"I øjeblikket har vi en ret god forståelse af dens struktur, men ved stadig meget lidt om dens reaktivitet. Hvis vi finder andre passende kombinationer af metalatomer, kan det meget vel vise sig muligt i fremtiden at syntetisere andre heterobimetalliske dimetallocener."

Flere oplysninger: Inga-Alexandra Bischoff et al., A lithium-aluminium heterobimetallisk dimetallocen, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01531-y

Journaloplysninger: Naturkemi

Leveret af Saarland University