Sandwichföreningar är speciella kemiska föreningar som används som grundläggande byggstenar i organometallisk kemi. Hittills har deras struktur alltid varit linjär.
Nyligen var forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) och universitetet i Marburg de första som gjorde staplade sandwichkomplex till en ring i nanostorlek. Fysikaliska och andra egenskaper hos dessa cyklocenstrukturer kommer nu att undersökas ytterligare. Forskarna rapporterar sina resultat i Nature .
Sandwichkomplex utvecklades för cirka 70 år sedan och har en sandwichliknande struktur. Två platta aromatiska organiska ringar ("brödskivorna") är fyllda med en enda, central metallatom emellan. Liksom brödskivorna är båda ringarna anordnade parallellt. Att lägga till ytterligare lager av "bröd" och "fyllning" ger tre eller flera smörgåsar.
"Dessa föreningar är bland de viktigaste komplexen som används i modern organometallisk kemi", säger professor Peter Roesky från KIT:s Institute for Inorganic Chemistry. En av dem är den mycket stabila ferrocenen, för vilken dess "fäder" Ernst Otto Fischer och Geoffrey Wilkinson belönades med Nobelpriset i kemi 1973. Ferrocen består av en järnjon och två femledade aromatiska organiska ringar. Det används i syntes, katalys, elektrokemi och polymerkemi.
Sedan en tid tillbaka har forskare från KIT och universitetet i Marburg försökt ordna smörgåskomplex i en ring. "Vi lyckades producera kedjor, men inga ringar", säger Roesky, som koordinerade arbetet i tre team vid de två universiteten. "Tack vare valet av rätt "brödskiva" eller organiskt mellandäck har vi nu för första gången lyckats forma ringar i nanostorlek, säger professor Manfred Kappes, som leder avdelningen för fysikalisk kemi för mikroskopiska system på KIT och professor Florian Weigend, chef för enheten för tillämpad kvantkemi vid universitetet i Marburg.
Den nya nanoreringen består av 18 byggstenar och har en ytterdiameter på 3,8 nanometer. Beroende på metallen som används som "fyllning" av smörgåsen, resulterar en orangefärgad fotoluminescens. Den nya kemiska föreningen kallades "cyklocen" av forskarna.
De tre arbetsgrupperna genomförde genomarbetade kvantkemiska beräkningar för att ta reda på varför molekylerna kunde ordnas i en ring och inte längre bildade en kedja av sandwichkomplex. Dessa beräkningar visade att drivkraften för ringbildningen är den energi som erhålls av ringförslutningen.
"Vår utmaning från början var att bilda en ring. Kan andra ringstorlekar tillverkas? Har denna nanostruktur ovanliga fysiska egenskaper? Detta kommer att bli föremål för ytterligare forskning. Men det är klart nu att vi har lagt till en ny byggsten i vår verktygslåda med metallorganisk kemi Och det här är bra, säger Roesky.
Mer information: Luca Münzfeld et al, Syntes och egenskaper hos cykliska sandwichföreningar, Nature (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06192-4
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av Karlsruhe Institute of Technology
