Organometallverbindungen, Moleküle aus Metallatomen und organischen Molekülen, werden häufig zur Beschleunigung chemischer Reaktionen eingesetzt und haben maßgeblich zur Weiterentwicklung der Chemie beigetragen.
Metallocene, eine Art metallorganische Verbindung, sind für ihre Vielseitigkeit und ihre besondere „Sandwich“-Struktur bekannt. Ihre Entdeckung war ein bedeutender Beitrag auf dem Gebiet der metallorganischen Chemie und führte 1973 zur Verleihung des Nobelpreises für Chemie an die Wissenschaftler, die ihre Sandwichstruktur entdeckt und erklärt hatten.
Die Vielseitigkeit von Metallocenen beruht auf ihrer Fähigkeit, viele verschiedene Elemente zu „sandwichen“, um eine Vielzahl von Verbindungen zu bilden. Sie können in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, darunter bei der Herstellung von Polymeren, in Glukometern zur Messung der Glukosemenge im Blut, in Perowskit-Solarzellen und als Katalysator, einer Substanz, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne verbraucht zu werden durch die Reaktion selbst verändert.
Dr. Satoshi Takebayashi, ein Forscher der Science and Technology Group am Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), zusammen mit Dr. Hyung-Been Kang, einem Wissenschaftler der Engineering Section des OIST, und Wissenschaftlern aus Deutschland, Russland und Japan , hat am OIST erfolgreich eine neue Metallocenverbindung entwickelt.
Die chemische Struktur von Metallocenen kann eine Vielzahl von Elektronenzahlen berücksichtigen, was die Bildung von Komplexen mit bis zu 20 Elektronen ermöglicht. Allerdings ist die 18-Elektronen-Struktur am beliebtesten, da sie die stabilste Version ist.
„Es ist bekannt, dass es selten ist, mehr als 18 Elektronen zu haben, denn wenn man von 18 abweicht, beginnen sich die chemischen Bindungen der Metallocene zu verlängern, zu brechen und ihre Struktur zu ändern. Wir fügten jedoch zwei weitere Elektronen zu einem 19-Elektronen-Metallocen hinzu und erzeugten ein.“ „21-Elektronen-Metallocen. Ich glaube, die meisten Leute haben das nicht für möglich gehalten, aber unser 21-Elektronen-Metallocen ist in Lösung und im festen Zustand stabil und kann lange gelagert werden“, erklärte Dr. Takebayashi.
Mit diesem neuen Metallocen können wir möglicherweise neuartige Materialien herstellen, die für Anwendungen in der Medizin, Katalyse und im Energiesektor eingesetzt werden können und so zur Lösung wichtiger globaler Probleme beitragen und unsere Lebensqualität verbessern.
Da die Sandwichstruktur von Metallocenen leicht verändert werden kann, bestand die größte Herausforderung für die Wissenschaftler darin, zu zeigen, dass sich der Stickstoff erfolgreich an das Kobalt gebunden hatte, ohne die Sandwichstruktur zu verändern. Sie mussten rigoros nachweisen, dass das Metallocen ordnungsgemäß an alle benachbarten Kohlenstoffatome gebunden war und dass das Stickstoffatom an das Kobaltatom gebunden war. Zu diesem Zweck stellte Dr. Takebayashi ein starkes Team von Forschern unterschiedlicher Fachrichtungen zusammen und zeigte eindeutig, dass sich alle Elemente gut verbunden hatten.
„Dieser Durchbruch wäre ohne die Beteiligung meiner Mitarbeiter, die erhebliche Arbeit geleistet haben, nicht möglich gewesen“, fügte Dr. Takebayashi hinzu. Satoshi Takebayashi, Jama Ariai, Dr. Urs Gellrich, Sergey Kartashov, Dr. Robert Fayzullin, Dr. Hyung-Been Kang, Dr. Takeshi Yamane, Dr Tagebuch Naturkommunikation Einzelheiten zu ihrer Entdeckung.
Dr. Takebayashis zukünftige Forschung wird sich auf die Nutzung des 21-Elektronen-Metallocens für anwendbarere Wissenschaften wie Katalyse und Materialwissenschaften sowie auf die Entdeckung einer beispiellosen metallorganischen Chemie auf der Grundlage dieser Erkenntnisse konzentrieren.
Mehr Informationen:
Satoshi Takebayashi et al., Synthese und Charakterisierung eines formalen 21-Elektronen-Cobaltocenderivats, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40557-7