دانشمندان غیرممکن را خلق می‌کنند/ ترکیب جدید، اصل بنیادی شیمی را به چالش می‌کشد

دانشمندان یک فروسن پایدار ۲۰ الکترونی ساخته‌اند که یکی از اصول اساسی شیمی آلی-فلزی را به چالش می‌کشد. این ترکیب نادر می‌تواند شیمی اکسایش-کاهش و طراحی مولکولی را متحول کند.

کد خبر: ۱۲۸۴۶۵۲

سه‌شنبه - ۲۴ تير ۱۴۰۴ / July 15, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، این یافته جدید در شیمی کئوردیناسیون که زمانی بعید به نظر می‌رسید، می‌تواند به پیشرفت‌های امیدوارکننده‌ای در کاتالیز و علم مواد منجر شود.

بیش از ۱۰۰ سال است که قانون ۱۸ الکترونی که به طور گسترده پذیرفته شده است، یک راهنمای اساسی در شیمی آلی-فلزی بوده است. اکنون، محققان موسسه علوم و فناوری اوکیناوا (OIST) یک ترکیب آلی-فلزی جدید سنتز کرده‌اند که این اصل را به چالش می‌کشد. آنها یک نسخه پایدار ۲۰ الکترونی از فروسن، یک کمپلکس فلزی-آلی مبتنی بر آهن، را توسعه داده‌اند که می‌تواند مسیر‌های جدیدی را در تحقیقات شیمیایی باز کند.

دکتر ساتوشی تاکه‌بایاشی، نویسنده اصلی مقاله منتشر شده در Nature Communications، که با همکارانش از آلمان، روسیه و ژاپن همکاری می‌کند، گفت: «بسیاری از کمپلکس‌های فلزات واسطه، زمانی که توسط ۱۸ الکترون والانس رسمی احاطه شده‌اند، بیشترین پایداری را دارند. این یک قانون کلی شیمیایی است که بسیاری از اکتشافات کلیدی در کاتالیز و علوم مواد بر اساس آن بنا شده‌اند.» فروسن یک نمونه کلاسیک است که از این قانون پیروی می‌کند. او افزود: «ما اکنون برای اولین بار نشان داده‌ایم که می‌توان یک مشتق پایدار ۲۰ الکترونی از فروسن را سنتز کرد.»

این دستاورد درک ما را از متالوسن‌ها، دسته‌ای از ترکیبات با ساختار متمایز «ساندویچی» که در آن یک اتم فلز بین دو حلقه آلی قرار گرفته است، افزایش می‌دهد.

بازسازی درک مفهومی ما

فروسن که اولین بار در سال ۱۹۵۱ ساخته شد، با پایداری شگفت‌انگیز و ساختار متمایز خود، حوزه شیمی را متحول کرد. کشف آن منجر به جایزه نوبل شیمی در سال ۱۹۷۳ شد و نقطه عطفی در درک پیوند فلز-آلی ایجاد کرد. فروسن به سنگ بنای شیمی آلی-فلزی مدرن تبدیل شد و همچنان الهام‌بخش دانشمندان برای بررسی پتانسیل ترکیبات فلز-آلی است.

با تکیه بر این میراث، مطالعه جدید پیشرفت قابل توجهی را معرفی می‌کند. تیم تحقیقاتی یک سیستم لیگاند سفارشی ایجاد کرد که با موفقیت یک مشتق فروسن حاوی ۲۰ الکترون ظرفیتی را تثبیت کرد - آرایشی که زمانی در شیمی هماهنگی بعید به نظر می‌رسید. دکتر تاکه‌بایاشی گفت: "علاوه بر این، دو الکترون ظرفیتی اضافی یک خاصیت اکسایش-کاهش غیرمتعارف را القا کردند که پتانسیل کاربرد‌های آینده را دارد. "

ساختار مولکولی مشتق فروسن ۲۰ الکترونی با پیوند آهن-نیتروژن

این یافته قابل توجه است، زیرا اگرچه فروسن معمولاً در واکنش‌های اکسایش-کاهش (فرآیند‌هایی که شامل انتقال الکترون هستند) استفاده می‌شود، اما به طور سنتی به مجموعه محدودی از حالت‌های اکسیداسیون محدود شده است. محققان با تشکیل پیوند Fe-N در این ترکیب جدید، توانایی فروسن را در گرفتن یا از دست دادن الکترون‌ها گسترش دادند و امکانات جدیدی را برای استفاده از آن در کاتالیز و مواد کاربردی ایجاد کردند. کاربرد‌ها می‌توانند از سیستم‌های ذخیره انرژی تا تولید مواد شیمیایی متغیر باشند.

یادگیری چگونگی فراتر رفتن از قوانین سنتی پایداری شیمیایی به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا مولکول‌هایی با خواص خاص و مطلوب طراحی کنند. این اکتشافات ممکن است راه را برای پیشرفت در شیمی پایدار، از جمله ایجاد کاتالیزور‌های سازگار با محیط زیست و مواد جدید پیشرفته، هموار کند.

بستری برای نوآوری‌های آینده

مشتقات فروسن پیش از این راه خود را به فناوری‌های مختلفی، از سلول‌های خورشیدی و داروسازی گرفته تا دستگاه‌های پزشکی و کاتالیزور‌های پیشرفته، باز کرده‌اند. با گسترش ابزار‌های مفهومی موجود برای شیمی‌دانان، این پیشرفت اخیر می‌تواند به ایجاد و تنوع این کاربرد‌ها کمک کند و در عین حال الهام‌بخش کاربرد‌های کاملاً جدیدی باشد.

گروه شیمی آلی-فلزی در OIST بر کشف اصول اساسی حاکم بر برهمکنش‌های فلز-آلی و به‌کارگیری آنها در چالش‌های دنیای واقعی تمرکز دارد. این تیم علاقه ویژه‌ای به ترکیبات نامتعارفی دارد که از قوانین استاندارد شیمیایی سرپیچی می‌کنند، مانند مشتق فروسن ۲۰ الکترونی که در این مطالعه گزارش شده است.

مرجع: "از مشتقات فروسن ۱۸ تا ۲۰ الکترون از طریق هماهنگی لیگاند" توسط ساتوشی تاکبایاشی، جاما آریایی، سرگئی وی. کارتاشوف، رابرت آر. فایزولین، توموکو اونوه، کو میبو، هیونگ-بین کانگ و نوریکو ایشیزو، ۷ جولای.

DOI: ۱۰.۱۰۳۸/s۴۱۴۶۷-۰۲۵-۶۱۳۴۳-۷