I composti sandwich sono composti chimici speciali utilizzati come elementi costitutivi di base nella chimica organometallica. Finora la loro struttura è sempre stata lineare.
Recentemente, i ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e dell'Università di Marburg sono stati i primi a far sì che complessi sandwich impilati formino un anello di dimensioni nanometriche. Le proprietà fisiche e di altro tipo di queste strutture cicloceniche verranno ora ulteriormente studiate. I ricercatori riportano le loro scoperte in Natura .
I complessi sandwich sono stati sviluppati circa 70 anni fa e hanno una struttura simile a un sandwich. Due anelli organici aromatici piatti (le "fette di pane") sono riempiti con un unico atomo di metallo centrale nel mezzo. Come le fette di pane, i due anelli sono disposti parallelamente. L'aggiunta di ulteriori strati di "pane" e di "ripieno" produce panini tripli o multipli.
"Questi composti sono tra i complessi più importanti utilizzati nella moderna chimica organometallica", afferma il professor Peter Roesky dell'Istituto di chimica inorganica del KIT. Uno di questi è il ferrocene altamente stabile, per il quale i suoi "padri" Ernst Otto Fischer e Geoffrey Wilkinson hanno ricevuto il Premio Nobel per la chimica nel 1973. Il ferrocene è costituito da uno ione ferro e due anelli organici aromatici a cinque membri. È utilizzato nella sintesi, nella catalisi, nell'elettrochimica e nella chimica dei polimeri.
Da qualche tempo i ricercatori del KIT e dell'Università di Marburg tentano di disporre i complessi sandwich ad anello. "Siamo riusciti a produrre catene, ma non anelli", afferma Roesky, che ha coordinato il lavoro di tre team nelle due università. "Grazie alla scelta della giusta 'fetta di pane' o del ponte organico intermedio, siamo riusciti per la prima volta a formare anelli di dimensioni nanometriche", afferma il professor Manfred Kappes, che dirige la Divisione di Chimica Fisica dei Sistemi Microscopici presso KIT e il professor Florian Weigend, capo dell'Unità di chimica quantistica applicata dell'Università di Marburg.
Il nuovo nanoanello è composto da 18 elementi costitutivi e ha un diametro esterno di 3,8 nanometri. A seconda del metallo utilizzato come "riempimento" del sandwich, si ottiene una fotoluminescenza di colore arancione. Il nuovo composto chimico è stato chiamato dai ricercatori "ciclocene".
I tre gruppi di lavoro hanno effettuato elaborati calcoli di chimica quantistica per scoprire perché le molecole potevano essere disposte ad anello e non formavano più una catena di complessi sandwich. Questi calcoli hanno rivelato che la forza trainante per la formazione dell'anello è l'energia guadagnata dalla chiusura dell'anello.
"La nostra sfida inizialmente era quella di formare un anello. È possibile produrre anelli di altre dimensioni? Questa nanostruttura possiede proprietà fisiche insolite? Questo sarà oggetto di ulteriori ricerche. Ma ora è chiaro che abbiamo aggiunto un nuovo elemento costitutivo alla nostra cassetta degli attrezzi di chimica organometallica. E questo è fantastico", afferma Roesky.
Ulteriori informazioni: Luca Münzfeld et al, Sintesi e proprietà dei composti sandwich ciclici, Natura (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06192-4
Informazioni sul giornale: Natura
Fornito dal Karlsruhe Institute of Technology
