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茂金屬化學(xué)的進(jìn)步導(dǎo)致了"雜多金屬"夾層分子的合成，這種分子的創(chuàng)造具有挑戰(zhàn)性，但卻為新的化學(xué)發(fā)現(xiàn)和工業(yè)應(yīng)用提供了潛力。安德烈-舍費(fèi)爾（André Schäfer）和英格-比紹夫（Inga Bischoff）在實(shí)驗(yàn)室中與他們的新型二茂金屬樣品。圖片來源：薩爾州大學(xué)/Thorsten Mohr

沒有人確切知道目前有多少種三明治分子，但數(shù)量肯定數(shù)以千計(jì)。它們都有一個(gè)共同點(diǎn)：在兩個(gè)碳原子的扁平環(huán)之間有一個(gè)金屬原子。至少在 2004 年之前，人們一直是這么認(rèn)為的，直到塞維利亞大學(xué)的一個(gè)研究小組有了驚人的發(fā)現(xiàn)。

長(zhǎng)期以來，這種含有兩個(gè)鋅原子的"二茂金屬"一直是同類作品中的佼佼者，直到去年英國(guó)的一個(gè)研究小組成功合成了一種非常類似的含有兩個(gè)鈹原子的分子。

但現(xiàn)在，德國(guó)薩爾州大學(xué)安德烈-舍費(fèi)爾博士研究小組的博士生英格-比肖夫（Inga Bischoff）又向前邁進(jìn)了一大步。她成功地在實(shí)驗(yàn)室中合成了世界上第一個(gè)"異雙金屬"夾層復(fù)合物--一種含有兩種不同金屬原子的二茂金屬。

理論與實(shí)踐的突破

2004 年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)茂金屬后不久，理論研究表明它不一定要含有兩個(gè)完全相同的金屬原子，含有兩個(gè)不同金屬原子的復(fù)合物也應(yīng)該是穩(wěn)定的。這些預(yù)測(cè)是在利用功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)進(jìn)行量子化學(xué)建模計(jì)算的基礎(chǔ)上得出的。盡管預(yù)測(cè)了這種分子的穩(wěn)定性，但在英格-比紹夫取得目前的突破之前，所有在實(shí)驗(yàn)室中制造這種分子的嘗試都沒有成功。

"當(dāng)你意識(shí)到手中握著的是什么時(shí)，你會(huì)感到非常興奮和特別。肉眼看上去，它只是另一種白色粉末。但我仍然清楚地記得，當(dāng)我們第一次在電腦屏幕上看到實(shí)驗(yàn)測(cè)定的分子結(jié)構(gòu)時(shí)，我們知道我們有了一個(gè)含有兩種不同金屬原子的三明治分子，"安德烈-舍費(fèi)爾博士說。

"選擇哪種碳環(huán)和在碳環(huán)之間包圍哪種金屬原子一樣重要。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)榄h(huán)狀碳環(huán)和金屬原子的電子結(jié)構(gòu)必須相互匹配，我們的'異雙金屬二茂金屬'中包含的金屬是鋰和鋁。計(jì)算預(yù)測(cè)這兩種金屬將是合適的候選金屬，因?yàn)樗鼈兊碾娮咏Y(jié)構(gòu)在某些意義上與兩個(gè)鋅原子的電子結(jié)構(gòu)相似，我們知道這兩種金屬可以形成穩(wěn)定的二茂金屬。"

但是，聽起來簡(jiǎn)單明了的事情卻花了幾個(gè)月的時(shí)間才實(shí)現(xiàn)。事實(shí)證明，這種分子非常活躍，只能在惰性氮?dú)饣驓鍤馓合潞铣伞?chǔ)存和分析。如果它接觸到空氣，就會(huì)直接分解。一旦合成了這種分子，就需要對(duì)其進(jìn)行表征，這就需要薩爾州大學(xué)的整個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的參與。他們的工作成果現(xiàn)已發(fā)表在備受推崇的《自然-化學(xué)》雜志上。

"我們的雜多金屬二茂金屬實(shí)際上代表了一類全新的夾層分子。"小組負(fù)責(zé)人 André Schäfer 博士說："誰知道呢，也許有一天它也會(huì)被寫進(jìn)學(xué)生的教科書中。但首先，我們需要進(jìn)一步研究它。目前，我們對(duì)它的結(jié)構(gòu)有了很好的了解，但對(duì)它的反應(yīng)性仍然知之甚少。如果我們找到其他合適的金屬原子組合，將來很可能合成出其他夾雜多金屬的二茂金屬。"

1973 年，德國(guó)化學(xué)家恩斯特-奧托-費(fèi)舍爾（Ernst Otto Fischer）和英國(guó)化學(xué)家杰弗里-威爾金森（Geoffrey Wilkinson）獲得諾貝爾獎(jiǎng)，以表彰他們?cè)谟袡C(jī)金屬（即所謂的夾心化合物）化學(xué)方面獨(dú)立完成的開創(chuàng)性工作，這凸顯了這類分子的巨大意義。