Een team van chemici van de RUDN University en het Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds (INEOS) heeft twee heterometalen clusters gesynthetiseerd met een efficiëntie van bijna 100%. Deze verbindingen kunnen worden gebruikt als katalysatoren in de farma, productie van polymeren, en andere takken van de chemische industrie. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in de Journal of Organometallic Chemistry .

Een metaalcluster is een groep van verschillende metaalatomen met een significante interactie daartussen. Clusters die atomen van verschillende metalen bevatten, worden heterometaal genoemd. Ze worden gebruikt als katalysatoren in organische reacties, bijvoorbeeld, in de farmaceutische industrie of de productie van polymeren. Echter, de ontwikkeling van dergelijke clusters is geen gemakkelijke opgave. Een team van chemici van de RUDN University en INEOS suggereerde een effectieve manier om heterometallische clusters te verkrijgen uit een reguliere metaalcluster die uit drie rhodium-atomen bestaat.

"Rhodium staat bekend als een katalytisch metaal, en veel organische processen worden gekatalyseerd door op rhodium gebaseerde metaalclusters. Echter, de meeste benaderingen voor de synthese van heterometalen clusters zijn inconsistent en leidden tot het product met de kleine opbrengst. We zijn erin geslaagd om zeer efficiënte op rhodium gebaseerde heterometallische clusters te ontwikkelen, " zei Olga Tsjoesova, doctoraat, een onderzoeker bij het Wetenschappelijk Centrum "Chrystal Chemistry and Structural Analysis, "RUDN-universiteit.

Het team gebruikte een cluster van drie rhodiumatomen die verbonden waren in de vorm van een driehoek met liganden (moleculen die het gedrag van de atomen bepalen) bevestigd aan de hoeken en zijkanten. Sommige liganden zijn voordeliger voor de verbindingen dan de andere. Na zorgvuldig gekozen liganden in zowel de initiële cluster als de reagentia, de chemici slaagden erin om nieuwe heterometalen clusters te verkrijgen. Namelijk, ze gebruikten een metallo-elektrofiel (een stof die een metaalatoom bevat zonder elektronen) als reagens. Dankzij dit, een nieuw complex van verschillende metaalatomen werd gevormd. In plaats van een driehoek, het heterometalen cluster heeft de vorm van een tetraëder met drie rhodiumatomen en één goud- of kobaltatoom in de hoekpunten.

Dit mechanisme maakte de reactie bijna 100% efficiënt, d.w.z. de werkelijke hoeveelheid van de verkregen heterometalen cluster kwam bijna exact overeen met de voorspellingen van het team (met 81% in het geval van kobalt en met 93% voor goud). Opmerkelijk, de reactie verliep in beide gevallen goed, hoewel goud- en kobalthoudende metallo-elektrofielen verschillende structuren hebben.

"Ondanks de verschillen in hun elektronische structuur, beide metallo-elektrofielen reageerden met het driehoekige rhodiumcluster en vormden stabiele tetraëdrische clusters. Dit komt door de unieke structuur van het initiële cluster:het kan een verschillend aantal elektronen leveren, afhankelijk van de metallo-elektrofiel. In dit geval, de op goud gebaseerde vereist slechts twee elektronen, en de op kobalt gebaseerde had er zes nodig, ", voegde Olga Tsjoesova eraan toe.

De ontdekking kan mogelijk de synthese van heterometallische clustergebaseerde katalysatoren voor de chemische industrie verbeteren.