Niemand weet precies hoeveel sandwichmoleculen er vandaag de dag zijn, maar het aantal loopt zeker in de duizenden. En ze hebben allemaal één ding gemeen:een enkel metaalatoom dat zich tussen twee platte ringen van koolstofatomen bevindt.

Dat was tenminste wat men dacht tot 2004, toen een onderzoeksgroep van de Universiteit van Sevilla een verrassende ontdekking deed. Het Spaanse onderzoeksteam slaagde erin een sandwichmolecuul te synthetiseren dat niet één maar twee metaalatomen bevatte. Lange tijd bleef dit 'dimetalloceen' met twee zinkatomen het enige voorbeeld in zijn soort, totdat een groep in Groot-Brittannië er vorig jaar in slaagde een zeer vergelijkbaar molecuul te synthetiseren dat twee berylliumatomen bevatte.

Maar nu heeft Inga Bischoff, promovendus in het onderzoeksteam van Dr. André Schäfer aan de Universiteit van Saarland, nog een grote stap verder gezet. Ze is erin geslaagd om in het laboratorium 's werelds eerste 'heterobimetaal' sandwichcomplex te synthetiseren:een dimetalloceen dat twee verschillende metaalatomen bevat.

Kort na de ontdekking van het eerste dimetalloceen in 2004 gaf theoretisch werk aan dat dimetallocenen niet noodzakelijkerwijs twee identieke metaalatomen hoeven te bevatten, en dat een complex met twee verschillende metaalatomen ook stabiel zou moeten zijn. Deze voorspellingen zijn gedaan op basis van kwantumchemische modelleringsberekeningen met behulp van krachtige computers. Ondanks deze voorspelde stabiliteit waren alle pogingen om zo'n molecuul in het laboratorium te maken mislukt tot de huidige doorbraak van Bischoff.

“Het is echt spannend en bijzonder als je beseft wat je in je handen hebt. Met het blote oog lijkt het net een ander wit poeder. Maar ik kan me nog goed het moment herinneren waarop we voor het eerst de experimenteel bepaalde moleculaire structuur op het computerscherm en we wisten dat we een sandwichmolecuul hadden met twee verschillende metaalatomen", zei Dr. Schäfer.

"Welke koolstofringen je kiest is net zo belangrijk als welke metaalatomen je ertussen wilt insluiten. Dit is van cruciaal belang omdat de elektronische structuren van de cyclische koolstofringen en de metaalatomen bij elkaar moeten passen", legt Bischoff uit.

‘De metalen in ons ‘heterobimetaaldimetalloceen’ zijn lithium en aluminium. Berekeningen voorspelden dat deze twee metalen geschikte kandidaten zouden zijn, omdat hun elektronische structuur in zekere zin vergelijkbaar is met die van twee zinkatomen, waarvan we wisten dat ze een stabiel dimetalloceen zouden kunnen vormen. "

Maar wat zo eenvoudig en ongecompliceerd klinkt, duurde maanden om te bereiken. Het molecuul blijkt zo reactief dat het alleen onder een inerte stikstof- of argondeken kan worden gesynthetiseerd, opgeslagen en geanalyseerd. Als het in contact zou komen met lucht, zou het eenvoudigweg ontleden.

Toen het eenmaal was gesynthetiseerd, moest het molecuul worden gekarakteriseerd, waarbij een heel team wetenschappers van de Universiteit van Saarland betrokken was. De resultaten van hun werk zijn nu gepubliceerd in Nature Chemistry .

"Ons heterobimetaal dimetalloceen vertegenwoordigt wat in feite een geheel nieuwe klasse sandwichmoleculen is", zegt groepsleider Dr. Schäfer. "Wie weet, misschien wordt het ooit ook opgenomen in een studieboek van studenten. Maar eerst moeten we het verder bestuderen.

"Op dit moment hebben we een redelijk goed begrip van de structuur ervan, maar weten we nog heel weinig over de reactiviteit ervan. Als we andere geschikte combinaties van metaalatomen vinden, kan het in de toekomst mogelijk blijken om andere heterobimetaaldimetallocenen te synthetiseren." P>

Meer informatie: Inga-Alexandra Bischoff et al, Een lithium-aluminium heterobimetaaldimetalloceen, Natuurchemie (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01531-y

Journaalinformatie: Natuurchemie

Aangeboden door de Universiteit van Saarland