新型有机金属化合物挑战“十八电子规则”

一个多世纪以来,“十八电子规则”始终是金属有机化学领域的金科玉律。然而,日本冲绳科学技术研究所联合德俄科研团队在7日的《自然·通讯》杂志上发表论文称,他们合成出首个拥有20个电子的稳定二茂铁衍生物。这项突破有望为化学研究带来新的可能性,并催生新型催化剂。

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作为过渡金属配合物稳定性的黄金标准,“十八电子规则”指出:当金属中心电子数与配体贡献电子数之和达到18时,体系最稳定。这一原理支撑着催化科学与材料领域的诸多重大发现。

1951年问世的二茂铁,正是诠释这一规则的经典范例。二茂铁不仅颠覆了人们对金属—有机键的认知,开创了现代有机金属化学研究领域,更使其发现者摘得1973年诺贝尔化学奖桂冠。这种“明星分子”激励着科学家对金属—有机化合物的探索向纵深推进。

研究团队此次通过精巧设计新型配体系统,首次突破了这一理论极限。他们成功构建出含有20个价电子的二茂铁衍生物,其分子结构中铁原子与氮原子形成特殊键合,碳、氢原子各就各位。更令人振奋的是,这两个“超额”电子赋予了分子非常规的氧化还原特性,使二茂铁家族成员突破了传统的氧化态限制。

团队表示,这为化学家打开了一扇新的窗口。新型化合物中铁—氮键的形成,使得电子转移途径更丰富多样。这种特性有望让这种新分子在能源储存、化学合成等领域大显身手,无论是作为高效催化剂,还是功能材料,都可能给人们带来惊喜。

目前,二茂铁及其衍生物家族成员已遍及太阳能电池、医药制剂、医疗器械等诸多领域。而这项突破性研究,不仅为现有应用开辟了优化空间,更可能带来全新的材料与应用。

本文采编:CY

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