Il primo e più noto metallocene è il "ferrocene", che contiene un singolo atomo di ferro. Oggi, i complessi sandwich possono essere trovati in molti libri di testo di chimica inorganica e il legame e la struttura elettronica dei metalloceni vengono insegnati nei corsi universitari di chimica. Le molecole sandwich svolgono un ruolo importante anche nell'industria, dove vengono utilizzate come catalizzatori e nella sintesi di speciali metallopolimeri.
Nessuno sa esattamente quante molecole sandwich ci siano oggi, ma il numero è certamente nell’ordine delle migliaia. E hanno tutti una cosa in comune:un singolo atomo di metallo situato tra due anelli piatti di atomi di carbonio.
Almeno così si pensava fino al 2004, quando un gruppo di ricerca dell'Università di Siviglia fece una scoperta sorprendente. Il gruppo di ricerca spagnolo è riuscito a sintetizzare una molecola sandwich che conteneva non uno ma due atomi di metallo. Per molto tempo, questo "dimetallocene" contenente due atomi di zinco è rimasto l'unico esempio del suo genere fino a quando un gruppo nel Regno Unito è riuscito l'anno scorso a sintetizzare una molecola molto simile che conteneva due atomi di berillio.
Ma ora Inga Bischoff, dottoranda nel gruppo di ricerca del Dr. André Schäfer all'Università del Saarland, ha fatto un grande passo avanti. È riuscita a sintetizzare in laboratorio il primo complesso sandwich "eterobimetallico" al mondo, un dimetallocene che contiene due diversi atomi di metallo.
Poco dopo la scoperta del primo dimetallocene nel 2004, il lavoro teorico ha indicato che i dimetalloceni non devono necessariamente contenere due atomi di metallo identici e che anche un complesso con due atomi di metallo diversi dovrebbe essere stabile. Queste previsioni sono state fatte sulla base di calcoli di modellazione quantistica utilizzando potenti computer. Nonostante questa stabilità prevista, tutti i tentativi di creare una tale molecola in laboratorio non hanno avuto successo fino all'attuale scoperta di Bischoff.
"È davvero emozionante e speciale quando ti rendi conto di cosa hai tra le mani. A occhio nudo sembra proprio un'altra polvere bianca. Ma ricordo ancora chiaramente il momento in cui abbiamo visto per la prima volta la struttura molecolare determinata sperimentalmente su sullo schermo del computer e sapevamo di avere una molecola sandwich con due diversi atomi di metallo", ha affermato il dottor Schäfer.
"Quali anelli di carbonio scegliate è tanto importante quanto quali atomi di metallo volete racchiudere tra loro. Questo è fondamentale perché le strutture elettroniche degli anelli di carbonio ciclici e gli atomi di metallo devono corrispondere tra loro", ha spiegato Bischoff.
"I metalli contenuti nel nostro 'dimetallocene eterobimetallico' sono litio e alluminio. I calcoli prevedevano che questi due metalli sarebbero stati candidati idonei perché la loro struttura elettronica è in un certo senso simile a quella di due atomi di zinco, che sapevamo potevano formare un dimetallocene stabile. "
Ma ci sono voluti mesi per realizzare ciò che sembra così semplice e diretto. La molecola risulta essere così reattiva che può essere sintetizzata, immagazzinata e analizzata solo sotto una coltre inerte di azoto o argon. Se entrasse in contatto con l'aria si decomporrebbe semplicemente.
Una volta sintetizzata, la molecola ha dovuto essere caratterizzata, cosa che ha coinvolto un intero team di scienziati dell'Università del Saarland. I risultati del loro lavoro sono stati ora pubblicati su Nature Chemistry .
"Il nostro dimetallocene eterobimetallico rappresenta quella che è effettivamente una classe completamente nuova di molecole sandwich", ha affermato il dott. Schäfer, responsabile del gruppo. "Chissà, magari un giorno verrà inserito anche in un libro di testo per gli studenti. Ma prima di tutto bisogna approfondirlo.
"Al momento, abbiamo una conoscenza abbastanza buona della sua struttura, ma sappiamo ancora molto poco della sua reattività. Se troviamo altre combinazioni adatte di atomi di metallo, in futuro potrebbe rivelarsi possibile sintetizzare altri dimetalloceni eterobimetallici."
Ulteriori informazioni: Inga-Alexandra Bischoff et al, Un dimetallocene eterobimetallico di litio-alluminio, Chimica della natura (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01531-y
Informazioni sul giornale: Chimica della Natura
Fornito dall'Università del Saarland
