20 电子分子挑战了化学的世纪
一个多世纪以来，众所周知的 18 电子规则一直指导着有机金属化学领域。 现在，冲绳科学技术大学 （OIST） 的研究人员成功合成了一种新型有机金属化合物，挑战了这一长期存在的原理。 他们创造了一种稳定的二茂铁衍生物，二茂铁是一种铁基金属有机络合物，这可能会为化学科学带来令人兴奋的可能性。 “对于许多过渡金属配合物，它们是当被 18 个形式价电子包围时最稳定。 这是催化和材料科学的许多关键发现所基于的化学经验法则，“博士说。 Satoshi Takebayashi，发表在自然通讯，与来自德国、俄罗斯和日本的科学家合作。 二茂铁就是体现这一规则的经典例子。 “我们现在首次证明可以合成稳定的 20 电子二茂铁衍生物，”他添加。 这一突破提高了我们对茂金属结构和稳定性的理解，茂金属是一类以其特征性的“夹层”结构而闻名的化合物，其中金属原子位于两个有机环之间。 重建我们的概念理解 于 1951 年首次合成，以其意想不到的稳定性和独特的结构彻底改变了化学，最终为其发现者赢得了 1973 年诺贝尔化学奖。 在许多方面，二茂铁打开了我们对金属-有机键的理解翻开了新的篇章，并开启了有机金属化学的现代领域，它继续激励着一代又一代的科学家探索金属-有机化合物。 这项新研究建立在这个基础上。 通过设计一种新型配体系统，该团队能够稳定具有 20 个价电子的二茂铁衍生物，这种配位化学以前被认为是不可能的。 “此外，额外的两个价电子诱导了非常规氧化还原特性具有未来应用的潜力，“博士。 竹林指出。 这很重要，因为尽管二茂铁已经用于涉及电子转移的反应，称为氧化还原反应，但它传统上仅限于狭窄的氧化态范围。 通过在该衍生物中形成 Fe-N 键来实现新的氧化态，它扩展了二茂铁获得或失去电子的方式。 因此，它可以作为催化剂或功能材料，从储能到化学制造等各个领域都变得更加有用。 了解如何打破和重建化学稳定性规则，使研究人员能够设计出具有定制特性的分子。 这些见解可能会激发旨在推进可持续化学的新研究，包括绿色催化剂和下一代材料的开发。 未来创新平台 二茂铁衍生物已经进入各种技术，从太阳能电池和药品到医疗设备和先进催化剂。 通过扩展化学家可用的概念工具包，这一最新突破可以帮助建立这些应用并使其多样化，同时激发全新的应用。 OIST的有机金属化学小组专注于揭示控制金属-有机相互作用的基本原理，并将其应用于现实世界的挑战。该团队对违反标准化学规则的非常规化合物特别感兴趣，例如本研究中报道的 20 电子二茂铁衍生物。 这项工作得到了日本学术振兴会（JSPS）、日本学术振兴会日本顶峰研究大学形成计划、冲绳科学技术研究所研究生院（OIST）仪器分析和工程部门以及OIST布里布什奖学金的支持。