Metallischer Fünfring verschiebt die Grenzen der Aromatizität

Forschern der TU Chemnitz, der Humboldt-Universität zu Berlin und der Philipps-Universität Marburg gelingt die Synthese eines Moleküls, das eigentlich nicht existieren sollte

Wie viele Atome kann ein aromatischer Ring haben, wenn er nur zwei Elektronen enthält? Die Antwort wurde kürzlich geändert: fünf! Erstmals ist es einem Team aus der Chemie gelungen, einen fünfgliedrigen Aromaten – eine wichtige Stoffklasse in der Chemie – durch die Kombination von Experiment und Theorie zu synthetisieren und zu beschreiben. Sie haben damit erreicht, was jahrzehntelang versucht und inzwischen als unmöglich galt. Über ihre Ergebnisse berichten die Arbeitsgruppen um Chemieprofessor Dr. Robert Kretschmer von der TU Chemnitz, Dr. Oliver Dumele von der Humboldt-Universität zu Berlin und Chemieprofessor Dr. Florian Weigend von der Philipps-Universität Marburg in der Zeitschrift Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie.

Aromatische Verbindungen müssen nicht unbedingt duftend sein

„Der Begriff aromatisch wird meist mit dem Geruch einer Verbindung in Verbindung gebracht. In der Chemie steht er aber auch für Verbindungen, die einen Ring bilden, in dem Elektronen verteilt werden können. Dadurch werden die Ringe stabiler, weshalb man das rund schätzt zwei Drittel der heute bekannten chemischen Verbindungen sind voll- oder teilaromatisch“, erklärt Kretschmer.

Aromatizität ist eines der grundlegendsten Konzepte der Chemie und geht auf den deutschen Chemiker August Kekulé zurück. Seit seiner bahnbrechenden Arbeit im Jahr 1865 haben Forscher versucht, eine allgemeine Definition zu finden und immer wieder neue Arten von Aromatizität zu entdecken. Damit ein Molekül als aromatisch gilt, muss es mindestens zwei Elektronen über den Ring verteilen. In den meisten Fällen sind es aber deutlich mehr, sie bewegen sich zwischen sechs und bisher maximal 162 Elektronen. Während der Rekord für die maximale Elektronenzahl regelmäßig aufgestellt wurde, ging man bisher davon aus, dass die minimal benötigten zwei Elektronen nur Ringe mit maximal vier Atomen stabilisieren können. Denn je größer ein Ring wird, desto weniger zusätzliche Elektronen stehen pro Atom zur Verfügung, weshalb die stabilisierende Wirkung immer geringer wird.

Überraschende Schlussfolgerung: Zwei Elektronen können Ringe mit fünf Atomen stabilisieren

Dem Team um Prof. Dr. Robert Kretschmer, der kürzlich die Professur für Anorganische Chemie an der TU Chemnitz übernommen hat, ist es nun gelungen, diese Grenze zu verschieben. Sie synthetisierten eine Verbindung, die einen planaren Ring aus fünf Galliumatomen enthält.

„Als wir die Kristallstruktur gesehen haben, waren wir ziemlich beeindruckt“, sagt Kretschmer, „denn die Tatsache, dass der Ring flach ist und die Bindungen innerhalb des Rings ähnliche Abstände haben, sind bereits deutliche Hinweise auf den aromatischen Charakter des Moleküls.“

Spektroskopische Untersuchungen lieferten dann weitere Beweise für seine aromatische Natur. In Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen von Oliver Dumele in Berlin und Florian Weigend in Marburg wurde das neue Molekül auch rechnerisch untersucht. Das Ergebnis: „Die Verbindung ist aromatisch, wenn auch nur schwach, aber das ist zu erwarten, wenn zwei Elektronen auf fünf Ringatome verteilt werden müssen“, sagt Kretschmer.

Als nächstes wollen die Forscher in Berlin, Chemnitz und Marburg die Reaktivität der neuen Verbindung genauer untersuchen und für die Synthese neuartiger Komplexe nutzen.

Bereitgestellt von der Technischen Universität Chemnitz