Med seks Nobelpriser i kategorien har organometallisk kemi været et bredt udforsket felt siden 1950’erne. Alligevel forbliver opdagelsen af nye klasser af organometalliske forbindelser en sjælden forekomst.
Et team af forskere fra Kina og USA besluttede at ændre det ved at identificere en ny klasse af organometalliske forbindelser-tre nye metalcentrerede plane annulene rammer.
Annulener er cykliske kulbrinter, der indeholder det maksimale antal vekslende kulstof -carbon -enkelt- og dobbeltbindinger, med en generel formel CnHn For lige antal n eller cnHn + 1 For ulige antal n. Annullerne præsenteret i denne undersøgelse bestod af 15 carbonatomer bundet til et atom af overgangsmetal osmium, i midten.
De nye forbindelser blev rapporteret i Natur.
I midten af det 20. århundrede blev stigningen i et nyt kemiområde kaldet Organometallics, kickstartet af opdagelsen af ferrocen-en sammensætning bestående af to fem-carbon annulene ringer, der klipper et centralt jernatom. I de fleste organometalliske forbindelser er et metal π-koordineret, hvor det sidder over eller under planet for de flade annuleneanioner.
I årenes løb er mange sådanne uden for plankomplekser blevet syntetiseret, væsentligt påvirker bindingsteori og finder forskellige anvendelser i videnskabelige og industrielle processer takket være deres unikke nyttige katalytiske, elektrokemiske og magnetiske egenskaber.
Imidlertid er der ikke mange i-plan metal-annulenkomplekser, hvor metalatomet sidder inde i ringen og danner en σ (Sigma) binding med carbonatomerne snarere end π-bindinger.
Syntese af sådanne komplekser har vist sig langt mere udfordrende på grund af flere faktorer: begrænsninger på grund af mindre annulene -anioner, der ikke har et stort nok centralt hulrum til at rumme et metalatom, større annulleringer, der afviger fra planaritet på grund af deres fleksible strukturer og behovet for at bryde stærke kulstof -hydrogenbindinger og udskifte dem med kulstof -metalbindinger.
Den nye undersøgelse overvinder de syntetiske hindringer for metallo-Annulenes i planet gennem målrettet molekylært design og en smart syntetisk rute. I stedet for at forsøge at indsætte et metal i et annulen, byggede forskerne en annulene ramme omkring et metalcenter.
Syntesen blev udført i flere trin, startende med en molekylær forløber indeholdende en reaktiv osmium -carbon -tredobbelt binding og derefter montering af carbon -carbonbindinger omkring metalatomet via cycloaddition -reaktion. Dette førte til dannelsen af in-plan (15) annulene metalkomplekser, der indeholdt fem smeltede ringe, der blev sammenføjet gennem det centrale osmium bis-phosphindel.
Det mest symmetriske molekyle designet i undersøgelsen var en metallo-Annulene bestående af fem tilsluttede fem-ledede aromatiske ringe. Ved hjælp af dette som forældrestruktur afledte forskerne jodineret, kloreret og nitreret version af metallo-Annulenes i planet. De fandt også, at fosfinliganderne i overordnet del kan udskiftes, hvilket tilbyder en alsidig platform for nyere derivater.
Forskerne fremhæver, at den høje stabilitet af de metalcentrerede plane annulener og deres evne til at blive funktionaliseret placerer dem som lovende byggesten til materialevidenskab.