Der fünfgliedrige Metallring verschiebt die Grenzen der Aromaten

Professor Dr. Robert Kretschmer, Professor für Anorganische Chemie an der TU Chemnitz, untersucht Kristalle vor einem Diffraktometer. Bildnachweis: Jakob Müller | Technische Universität Chemnitz

Forschern der TU Chemnitz, der Humboldt-Universität zu Berlin und der Philipps-Universität Marburg ist es gelungen, ein Molekül zu synthetisieren, das in Wirklichkeit nicht existieren sollte.

Wie viele Atome kann ein aromatischer Ring enthalten, wenn er nur zwei Elektronen hat? Die Antwort wurde kürzlich geändert: Fünf! Erstmals ist es einem Team von Chemikern gelungen, einen fünfgliedrigen Aromaten – eine wichtige Stoffklasse in der Chemie – durch die Kombination von Experiment und Theorie zu synthetisieren und zu beschreiben. Damit haben sie erreicht, was vor Jahrzehnten getan wurde und inzwischen für unmöglich gehalten wurde. Über ihre Ergebnisse berichten die Arbeitsgruppen um Chemieprofessor Dr. Robert Kretschmer von der TU Chemnitz, Dr. Oliver Dummel von der Humboldt-Universität zu Berlin und Chemieprofessor Dr. Florian Wiegand von der Philipps-Universität Marburg in der Zeitschrift Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie.

Aromatische Verbindungen müssen nicht unbedingt duftend sein

„Der Begriff aromatisch wird meist mit dem Aroma einer Verbindung in Verbindung gebracht. In der Chemie bezeichnet man damit aber auch Verbindungen, die einen Ring bilden, in dem Elektronen verteilt werden können. Dadurch werden die Ringe stabiler, weshalb man das so schätzt zwei Drittel der heute bekannten chemischen Verbindungen sind voll- oder teilaromatisch“, erklärt Kretschmer.

Aromatik ist eines der Grundkonzepte der Chemie und geht auf den deutschen Chemiker August Kekulé zurück. Seit seiner Hauptarbeit im Jahr 1865 haben Forscher versucht, eine allgemeine Definition zu finden und immer wieder neue Arten von Aromaten zu entdecken. Damit ein Molekül als aromatisch gilt, muss es mindestens zwei Elektronen über den Ring verteilen. In den meisten Fällen handelt es sich jedoch um eine viel größere Anzahl, zwischen sechs und jetzt, mit maximal 162 Elektronen. Während der Rekord für die maximale Anzahl an Elektronen regelmäßig aufgestellt wurde, ging man bisher davon aus, dass das benötigte Minimum von zwei Elektronen nur die Ringe mit maximal vier Atomen stabilisieren könnte. Denn je größer der Ring, desto weniger zusätzliche Elektronen stehen jedem Atom zur Verfügung, weshalb die Stabilisierungswirkung immer geringer wird.

Überraschende Schlussfolgerung: Zwei Elektronen können Ringe mit fünf Atomen stabilisieren

Dem Team um Professor Dr. Robert Kretschmer, der kürzlich die Professur für Anorganische Chemie an der TU Chemnitz übernommen hat, ist es nun gelungen, diese Grenzen zu verschieben. Sie stellten eine Verbindung her, die einen planaren Ring aus fünf Galliumatomen enthielt.

„Als wir die Kristallstruktur sahen, waren wir ziemlich beeindruckt, denn die Tatsache, dass der Ring flach ist und die Bindungen innerhalb des Rings ähnliche Abstände haben, sind ganz klare Hinweise auf den aromatischen Charakter des Moleküls“, sagt Kretschmer.

Dann lieferten spektroskopische Studien zusätzliche Beweise für seine aromatische Natur. In Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen von Oliver Dumele in Berlin und Florian Weigend in Marburg wurde das neue Molekül auch rechnerisch untersucht. Das Ergebnis: „Die Verbindung ist aromatisch, wenn auch nur schwach, was aber zu erwarten wäre, wenn zwei Elektronen auf fünf Ringatome verteilt werden müssten“, sagt Kretschmer.

Als nächstes wollen Forscher in Berlin, Chemnitz und Marburg die Reaktion der neuen Verbindung genauer untersuchen und für die Synthese neuer Komplexe nutzen.


Die größte Rekordgröße des gebrochenen aromatischen Rings beträgt 162 Elektronen


Mehr Informationen:
Oleksandr Kysliak et al., ein fünfgliedriger planarer aromatischer Ring, der nur von zwei Elektronen π‐, Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie (2022). DOI: 10.1002 / ani.202206963

Präsentiert von der Technischen Universität Chemnitz

das Zitat: The Five-Member Metal Ring Pushs Aromatic Boundaries (2022, 2. Juni) Abgerufen am 3. Juni 2022 von https://phys.org/news/2022-06-metallic-five-membered-boundaries-aromaticity.html

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