Первым и самым известным металлоценом является «ферроцен», который содержит один атом железа. Сегодня сэндвич-комплексы можно найти во многих учебниках по неорганической химии, а связь и электронная структура металлоценов преподаются на курсах лекций по химии для студентов. Сэндвич-молекулы играют также важную роль в промышленности, где их используют в качестве катализаторов и при синтезе специальных металлополимеров.
Никто точно не знает, сколько сегодня существует сэндвич- молекул, но это число определенно исчисляется тысячами. И у всех них есть одна общая черта: один атом металла, расположенный между двумя плоскими кольцами атомов углерода.
По крайней мере, так думали до 2004 года, когда исследовательская группа из Севильского университета сделала поразительное открытие. Испанской исследовательской группе удалось синтезировать сэндвич-молекулу, содержащую не один, а два атома металла. В течение долгого времени этот «диметаллоцен», содержащий два атома цинка, оставался единственным примером такого рода, пока в прошлом году группе из Великобритании не удалось синтезировать очень похожую молекулу, содержащую два атома бериллия.
Но теперь Инга Бишофф, аспирант исследовательской группы доктора Андре Шефера в Саарском университете, сделала еще один большой шаг вперед. Ей удалось синтезировать в лаборатории первый в мире «гетеробиметаллический» сэндвич-комплекс — диметаллоцен, содержащий два атома разных металлов.
Вскоре после открытия первого диметаллоцена в 2004 году теоретические работы показали, что диметаллоцены не обязательно должны содержать два одинаковых атома металла и что комплекс с двумя разными атомами металла также должен быть стабильным. Эти предсказания были сделаны на основе расчетов квантово-химического моделирования с использованием мощных компьютеров. Несмотря на предсказанную стабильность, все попытки создать такую молекулу в лаборатории не увенчались успехом до нынешнего прорыва Бишоффа.
«Это действительно захватывающе и особенно, когда понимаешь, что держишь в руках. Невооруженным глазом это выглядит просто как очередной белый порошок. Но я до сих пор отчетливо помню тот момент, когда мы впервые увидели экспериментально определенную молекулярную структуру на на экране компьютера, и мы знали, что у нас есть сэндвич-молекула с двумя разными атомами металлов», — сказал доктор Шефер.
«Какие углеродные кольца вы выберете, так же важно, как и атомы металла, которые вы хотите заключить между ними. Это очень важно, потому что электронные структуры циклических углеродных колец и атомов металлов должны соответствовать друг другу», — объяснил Бишофф. «Металлы, содержащиеся в нашем «гетеробиметаллическом диметаллоцене», — это литий и алюминий. Расчеты предсказывали, что эти два металла будут подходящими кандидатами, поскольку их электронная структура в некотором смысле аналогична структуре двух атомов цинка, которые, как мы знали, могут образовывать стабильный диметаллоцен».
Но на достижение того, что звучит так просто и понятно, потребовались месяцы. Молекула оказывается настолько реактивной, что ее можно синтезировать, хранить и анализировать только под инертной атмосферой азота или аргона. Если бы он вступил в контакт с воздухом, он бы просто разложился.
После синтеза молекулу необходимо было охарактеризовать, для чего была задействована целая группа ученых из Саарского университета. Результаты их работы теперь опубликованы в журнале Nature Chemistry.
«Наш гетеробиметаллический диметаллоцен представляет собой, по сути, совершенно новый класс сэндвич-молекул», — сказал руководитель группы доктор Шефер. «Кто знает, может быть, когда-нибудь это тоже войдет в студенческий учебник. Но прежде всего нам нужно его изучить дальше. На данный момент мы довольно хорошо понимаем его структуру, но до сих пор очень мало знаем о его реакционной способности. Если мы найдем другие подходящие комбинации атомов металла, в будущем вполне может оказаться возможным синтезировать другие гетеробиметаллические диметаллоцены».
