Grenzüberschreitung in der Chemie

Sowohl in der Koordinationschemie als auch in der Metallorganischen Chemie sind Übergangsmetall-Carbonyle eine wichtige und seit Ende des 19. Jahrhunderts bekannte Verbindungsklasse. Hier binden Kohlenstoffmonoxid-Moleküle (CO) an Übergangsmetalle als Zentralatome. Einem Team um Prof. Dr. Ingo Krossing und Wiebke Unkrig vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Freiburg ist es nun gelungen, in diesem Fachgebiet völlig neue Übergangsmetall-Carbonyl-Komplexe zu erhalten – Ta₂(CO)₁₂ und M(CO)₇⁺, wobei M die Metallatome Niob (Nb) und Tantal (Ta) sind. Diese Stoffe überschreiten in vielerlei Hinsicht die bisherigen Synthesegrenzen und ermöglichen somit Zugang zu neuer Chemie, die relevant für die Anwendung sowie für Grundlagen ist. Die Forschenden haben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Nature Chemistry“ veröffentlicht.

Die Freiburger Forschenden stellten zum einen die zweikernige Verbindung Ta₂(CO)₁₂ her, die als erster im 21. Jahrhundert neu erhaltener neutraler Carbonyl-Komplex gilt. Zum anderen gelang es ihnen, positiv geladene Carbonylkomplexe mit sieben CO-Liganden über ein schwach bindendes Anion als stabile Stoffe in „Flaschen zu füllen“. Egal welches der 30 bekannten Übergangsmetalle auch eingesetzt wurde: Bisher waren solche Komplexverbindungen mit mehr als sechs CO-Molekülen nicht in Substanz zu erhalten. Nur in der Gasphase gab es bisher Hinweise auf solche Moleküle.

Die Bindungssituation in derartigen Komplexen ist nicht eindeutig geklärt, viele Verbindungen der neuen positiv geladenen Stoffklasse sind noch nicht bekannt. Die Arbeitsgruppe um Krossing und Unkrig beschäftigt sich seit vielen Jahren mit schwach bindenden Anionen, mit denen sie sich an die Bedingungen des gasförmigen Zustands annähern können. Sie wollen solche prototypischen, positiv geladenen Moleküle als Stoffe in kondensierter Form herstellen, um sie mit Hilfe verschiedener Methoden zu untersuchen. So könnten sie zeigen, dass diese Stoffe nicht nur Lehrbuchbeispiele sind, sondern auch in der Anwendung eine Rolle spielen.

Krossing leitet die Professur für Molekül- und Koordinationschemie am Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Freiburg und ist Mitglied des Freiburger Materialforschungszentrums (FMF) sowie des Freiburger Zentrums für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien (FIT). Seine Mitarbeiterin Unkrig promoviert seit 2016 in seiner Arbeitsgruppe zu „Homoleptischen und heteroleptischen Carbonylkomplexen der frühen Übergangsmetalle“.

Originalpublikation:
Unkrig, W., Schmitt, M., Kratzert, D., Himmel, D., Krossing, I. (2020): Synthesis and characterization of crystalline niobium and tantalum carbonyl complexes at room temperature. In: Nature Chemistry. DOI: 10.1038/s41557-020-0487-3