Bir asırdan fazla bir süredir, tanınmış 18 elektron kuralı organometalik kimya alanına rehberlik etmiştir. Şimdi, Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki (OIST) araştırmacılar, Almanya, Rusya ve Japonya’dan bilim adamları ile işbirliği içinde, bu uzun süredir devam eden ilkeye meydan okuyan yeni bir organometalik bileşiği başarıyla sentezlediler. Demir bazlı bir metal organik kompleks olan kararlı bir 20-elektron türevini yarattılar, bu da kimyasal bilimde heyecan verici olasılıklara yol açabilir.
“Birçok geçiş metali kompleksi için, 18 resmi değerlik elektronu ile çevrili olduğunda en istikrarlıdırlar. Bu, kataliz ve malzeme bilimi alanında birçok önemli keşifin dayandığı kimyasal bir kuraldır.” Dedi. Doğa İletişimi.
Ferroken, bu kuralı somutlaştıran klasik bir örnektir. “Şimdi ilk kez kararlı bir 20-elektron Ferrosen türevini sentezlemenin mümkün olduğunu gösterdik.”
Bu atılım, metal bir atomun iki organik halka arasında oturduğu karakteristik “sandviç” yapılarıyla bilinen bir bileşik sınıfı olan metalocenlerin yapısı ve stabilitesi hakkındaki anlayışımızı geliştirir.
Kavramsal anlayışımızı yeniden inşa etmek
İlk olarak 1951’de sentezlenen Ferrocen, kimyada beklenmedik istikrar ve benzersiz yapısı ile devrim yaptı ve sonunda keşfedicileri 1973 Nobel Kimya Ödülü’nü kazandı. Birçok yönden Ferrocene, metal -organik bağ anlayışımızda yeni bir bölüm açtı ve nesiller boyu bilim insanlarına metal -organik bileşikleri keşfetmeleri için ilham vermeye devam eden modern organometalik kimya alanını başlattı.
Bu yeni çalışma bu vakıf üzerinde yer alıyor. Yeni bir ligand sistemi tasarlayarak ekip, daha önce imkansız olduğu düşünülen 20 değerlik elektronu olan koordinasyon kimyası ile bir Ferrocen türevini stabilize edebildi. Takebayashi, “Ayrıca, ilave iki değerlik elektronu, gelecekteki uygulamalar için potansiyele sahip olan alışılmadık bir redoks özelliğine neden oldu.”
Bu önemlidir, çünkü Ferrosen zaten redoks reaksiyonları olarak bilinen elektron transferini içeren reaksiyonlarda kullanılsa da, geleneksel olarak dar bir oksidasyon durumları ile sınırlı olmuştur.
Bu türevde bir Fe -N bağı oluşumu yoluyla yeni oksidasyon durumlarına erişim sağlayarak, Ferrocenin elektronları kazanma veya kaybedebilme yollarını genişletir. Sonuç olarak, enerji depolamasından kimyasal üretime kadar çeşitli alanlarda bir katalizör veya fonksiyonel malzeme olarak daha da yararlı olabilir.
Kimyasal istikrar kurallarının nasıl kırılacağını ve yeniden inşa edileceğini anlamak, araştırmacıların molekülleri özel olarak hazırlanmış özelliklere sahip tasarlamalarını sağlar. Bu içgörüler, yeşil katalizörlerin ve yeni nesil materyallerin geliştirilmesi de dahil olmak üzere sürdürülebilir kimyayı geliştirmeyi amaçlayan yeni araştırmalara ilham verebilir.
Gelecekteki İnovasyon için Bir Platform
Ferrosen türevleri, güneş hücreleri ve farmasötiklerden tıbbi cihazlara ve ileri katalizörlere kadar çeşitli teknolojilere girmiştir. Kimyagerler için mevcut olan kavramsal araç setini genişleterek, bu son atılım, tamamen yenilerine ilham verirken bu uygulamaları geliştirmeye ve çeşitlendirmeye yardımcı olabilir.
OIST’deki organometalik kimya grubu, metal-organik etkileşimleri yöneten ve bunları gerçek dünya zorluklarına uygulayan temel ilkeleri ortaya çıkarmaya odaklanmaktadır. Ekip, bu çalışmada bildirilen 20 elektronlu ferrosen türevi gibi standart kimyasal kurallara meydan okuyan alışılmadık bileşiklere özel bir ilgiye sahiptir.
