科技日報記者 劉霞
一個多世紀以來，“十八電子規(guī)則”始終是金屬有機化學領域的金科玉律。然而，日本沖繩科學技術研究所聯(lián)合德俄科研團隊在7日的《自然·通訊》雜志上發(fā)表論文稱，他們合成出首個擁有20個電子的穩(wěn)定二茂鐵衍生物。這項突破有望為化學研究帶來新的可能性，并催生新型催化劑。
作為過渡金屬配合物穩(wěn)定性的黃金標準，“十八電子規(guī)則”指出：當金屬中心電子數(shù)與配體貢獻電子數(shù)之和達到18時，體系最穩(wěn)定。這一原理支撐著催化科學與材料領域的諸多重大發(fā)現(xiàn)。
1951年問世的二茂鐵，正是詮釋這一規(guī)則的經(jīng)典范例。二茂鐵不僅顛覆了人們對金屬—有機鍵的認知，開創(chuàng)了現(xiàn)代有機金屬化學研究領域，更使其發(fā)現(xiàn)者摘得1973年諾貝爾化學獎桂冠。這種“明星分子”激勵著科學家對金屬—有機化合物的探索向縱深推進。
研究團隊此次通過精巧設計新型配體系統(tǒng)，首次突破了這一理論極限。他們成功構建出含有20個價電子的二茂鐵衍生物，其分子結構中鐵原子與氮原子形成特殊鍵合，碳、氫原子各就各位。更令人振奮的是，這兩個“超額”電子賦予了分子非常規(guī)的氧化還原特性，使二茂鐵家族成員突破了傳統(tǒng)的氧化態(tài)限制。
團隊表示，這為化學家打開了一扇新的窗口。新型化合物中鐵—氮鍵的形成，使得電子轉(zhuǎn)移途徑更豐富多樣。這種特性有望讓這種新分子在能源儲存、化學合成等領域大顯身手，無論是作為高效催化劑，還是功能材料，都可能給人們帶來驚喜。
目前，二茂鐵及其衍生物家族成員已遍及太陽能電池、醫(yī)藥制劑、醫(yī)療器械等諸多領域。而這項突破性研究，不僅為現(xiàn)有應用開辟了優(yōu)化空間，更可能帶來全新的材料與應用。
