德國化學家成功合成含有兩種不同金屬原子的二茂金屬
夾層複合物現已成為無機化學教科書中的標準課題,茂金屬的鍵結和電子結構也被列入本科化學課程。這些夾層分子在工業中也很重要,它們可用作催化劑,並用於製造獨特的金屬聚合物。第一個也是最著名的茂金屬是”二茂鐵”,它含有一個鐵原子。
茂金屬化學的進步導致了”雜多金屬”夾層分子的合成,這種分子的創造具有挑戰性,但卻為新的化學發現和工業應用提供了潛力。安德烈-舍費爾(André Schäfer)和英格-比紹夫(Inga Bischoff)在實驗室中與他們的新型二茂金屬樣本。圖片來源:薩爾州大學/Thorsten Mohr
沒有人確切知道目前有多少種三明治分子,但數量肯定數以千計。它們都有一個共同點:在兩個碳原子的扁平環之間有一個金屬原子。至少在2004 年之前,人們一直是這麼認為的,直到塞維利亞大學的一個研究小組有了驚人的發現。
長期以來,這種含有兩個鋅原子的”二茂金屬”一直是同類作品中的佼佼者,直到去年英國的一個研究小組成功合成了一種非常類似的含有兩個鈹原子的分子。
但現在,德國薩爾大學安德烈-舍費爾博士研究小組的博士生英格-比肖夫(Inga Bischoff)又向前邁進了一大步。她成功地在實驗室中合成了世界上第一個”異雙金屬”夾層複合物–一種含有兩種不同金屬原子的二茂金屬。
理論與實踐的突破
2004 年發現第一個茂金屬後不久,理論研究顯示它不一定要含有兩個完全相同的金屬原子,含有兩個不同金屬原子的複合物也應該是穩定的。這些預測是在利用功能強大的計算機進行量子化學建模計算的基礎上得出的。儘管預測了這種分子的穩定性,但在英格-比紹夫目前的突破之前,所有在實驗室中製造這種分子的嘗試都沒有成功。
「當你意識到手中握著的是什麼時,你會感到非常興奮和特別。肉眼看上去,它只是另一種白色粉末。但我仍然清楚地記得,當我們第一次在電腦螢幕上看到實驗測定的分子結構時,我們知道我們有了一個含有兩種不同金屬原子的三明治分子,」安德烈-舍費爾博士說。
“選擇哪種碳環和在碳環之間包圍哪種金屬原子一樣重要。這一點至關重要,因為環狀碳環和金屬原子的電子結構必須相互匹配,我們的’異雙金屬二茂金屬’中包含的金屬是鋰和鋁。形成穩定的二茂金屬。
但是,聽起來簡單明了的事情卻花了幾個月的時間才實現。事實證明,這種分子非常活躍,只能在惰性氮氣或氬氣毯下合成、儲存和分析。如果它接觸到空氣,就會直接分解。一旦合成了這種分子,就需要對其進行表徵,這需要薩爾大學的整個科學家團隊的參與。他們的工作成果現已發表在備受推崇的《自然-化學》雜誌上。
“我們的雜多金屬二茂金屬實際上代表了一類全新的夾層分子。”小組負責人André Schäfer 博士說:”誰知道呢,也許有一天它也會被寫進學生的教科書中。但首先,我們需要進一步研究它。金屬的二茂金屬。
1973 年,德國化學家恩斯特-奧托-費雪(Ernst Otto Fischer)和英國化學家傑弗裡-威爾金森(Geoffrey Wilkinson)獲得諾貝爾獎,以表彰他們在有機金屬(即所謂的夾心化合物)化學方面獨立完成的開創性工作,凸顯了這類分子的巨大意義。
編譯來源:ScitechDaily