Neues Ferrocenium-Molekül gefunden

Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen und der Freien Universität Berlin haben eine bislang unbekannte Eisenverbindung entdeckt

Nr. 345/2016 vom 18.10.2016

Wissenschaftler der Freien Universität Berlin und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen haben im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojektes ein neues Molekül entdeckt: [Cp*2Fe]2+. Die Eisenverbindung in der seltenen Oxidationsstufe +4 gehört zu den Ferrocenen und ist äußerst schwierig zu synthetisieren. „Metallocene werden umgangssprachlich auch als Sandwich-Verbindungen bezeichnet“, erklärt Prof. Dr. Konrad Seppelt vom Institut für Chemie und Biochemie der Freien Universität. Sie bestünden aus zwei organischen ringförmigen Verbindungen, den Cyclopentadienyl-Liganden, die parallel zueinander angeordnet sind und ein zentrales Metall-Ion umschließen. „An diesen Molekülen besteht ein sehr starkes Forschungsinteresse“, sagt Konrad Seppelt. Es bestehe zum einen ein grundlegendes Interesse an den Bindungseigenschaften. Zudem gebe es vielfältige moderne Anwendungsmöglichkeiten der Substanzklasse, etwa in der Elektrochemie, der Tumorbekämpfung und als Polymerisationskatalysatoren. Die Arbeit der Wissenschaftler wurde in der renommierten Fachzeitschrift Science publiziert.

„Bisher waren die Eisenverbindungen lediglich in den Oxidationsstufen +2 und +3 bekannt“, erläutert Moritz Malischewski, Erstautor der Studie. Diese geben die Ionenladung eines Atoms an. Den Forschern der Freien Universität Berlin und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen ist es nun erstmals gelungen, eine Eisenverbindung in der seltenen Oxidationsstufe +4 zu synthetisieren, zu isolieren und zu untersuchen. Ergeben hat sich daraus das Molekül [Cp*2Fe]2+. „Das ist ein Synthese-chemischer Meilenstein“, sagt Dr. Karsten Meyer Professor für Anorganische und Allgemeine Chemie der Friedrich-Alexander-Universität. „Das neue Molekül wird sicherlich seinen Platz in modernen Chemielehrbüchern finden. Seine Synthese schafft wertvolles Wissen und wird eine noch interessantere Lehre ermöglichen.“ Das von den Wissenschaftlern entdeckte Molekül sei hochempfindlich und extrem reaktiv. „Die Handhabung der Proben ist sehr herausfordernd, da der Kontakt mit Luftfeuchtigkeit oder herkömmlichen organischen Lösungsmitteln innerhalb kürzester Zeit zur Zersetzung führt“, erläutert Moritz Malischewski. Um es zu synthetisieren und zu analysieren, habe es besonderer Maßnahmen bedurft, die nur in wenigen Universitätslaboren weltweit gegeben sind. So mussten die Berliner Fluorchemiker das Ferrocen mit einer Xenon-Fluor-Verbindung in flüssigem Fluorwasserstoff oxidieren. Die erfolgreiche Synthese konnten die Wissenschaftler durch Strukturanalysen an einer Reihe von unterschiedlichen Salzen belegen. Um das Molekül zu analysieren fertigten die Chemiker der Friedrich-Alexander-Universität spezielle, besonders resistente Probenbehälter an. Diese verhindern eine Zersetzung der Proben sowie der empfindlichen Analyseapparaturen. Dabei zeigte sich eine Besonderheit des neuen Moleküls der Oxidationsstufe +4. Im Gegensatz zu den anderen Ferrocenen bildet es, je nachdem welche Anionen zur Stabilisierung des Moleküls verwendet werden, unterschiedliche Strukturen: lineare oder gewinkelte. Diese strukturellen Unterschiede würden durch supramolekulare Wechselwirkungen zwischen den Ionen ausgelöst. Die Chemiker der Friedrich-Alexander-Universität Mario Adelhardt und Jörg Sutter konnten zudem die ungewöhnlichen elektronischen Strukturen dieser „exotischen“ Verbindung aufklären.

Weitere Informationen

Die Publikation

Malischewski, M. and Adelhardt, M. and Sutter, J. and Meyer, K. and Seppelt, K. (12.08.2016); “Isolation and structural and electronic characterization of salts of the decamethylferrocene dication”, in: Science. Vol. 353, Issue 6300, S. 678-682, DOI: 10.1126/science.aaf6362.
Online einsehbar unter: http://science.sciencemag.org/content/353/6300/678.full

Kontakt

Moritz Malischewski, Institut für Chemie und Biochemie der Freien Universität Berlin, Telefon: 030 / 838-70281, E-Mail: moritz.malischewski@fu-berlin.de