26.10.2018 Forschungsgruppe fängt Atom in der Käfigecke

Team aus der Chemie synthetisiert Molekül mit ungewöhnlicher Struktur

Dehnen & Wilson
Foto: Andrea Tschirch
Die Marburger Chemieprofessorin Dr. Stefanie Dehnen und ihr Mitarbeiter Dr. Robert J. Wilson sind Fachleute für die Herstellung ungewöhnlicher Verbindungen.

Ein exotischer Neuzugang bereichert den Zoo der Moleküle: Chemikerinnen und Chemiker aus Marburg, Karlsruhe und Regensburg haben einen Käfig aus 12 Atomen hergestellt, in dem ein Kobalt-Atom gefangen ist, das sich nur in einer Hälfte des Käfigs aufhält. „Eine solche Struktur war bisher nie beobachtet oder vorhergesagt worden“, erklärt Professorin Dr. Stefanie Dehnen von der Philipps-Universität, die das Forschungsvorhaben leitete. Das Team berichtet in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ über seinen Fund.

Ein exzentrisches Molekül: Der asymmetrische Cluster aus Kobalt (rot), Zinn (gelb) und Antimon (blau) ist zuvor noch nie beobachtet worden.
Abbildung: Robert J. Wilson

Ungewöhnliche Verbindungen herzustellen, ist eine Spezialität von Stefanie Dehnen und ihrer Arbeitsgruppe. Die Struktur, die das Team jetzt vorstellt, besteht aus sechs Zinn- und sechs Antimon-Atomen, die als Hülle eines länglichen Moleküls fungieren. Dieses enthält im Inneren ein einzelnes Kobalt-Atom, das sich aber nicht in der Mitte befindet, sondern nur eine der beiden Hälften besetzt. „Eine Clusterstruktur mit einem aus der zentralen Position ausgelenkten einzelnen Übergangsmetallatom innerhalb eines länglichen 12-Atomkäfigs war bisher unbekannt“, erläutert Dehnens Mitarbeiter Dr. Robert J. Wilson, der als Erstautor des wissenschaftlichen Artikels firmiert. „Ähnliche Strukturen weisen stets eine symmetrische Besetzung der inneren Positionen auf.“

Solche Moleküle, die allein aus mehreren Sorten von Metallatomen bestehen, nennt man intermetalloide Cluster. „Man verspricht sich katalytische Aktivität von ihnen, da sie kleinste und damit oberflächenreiche Fragmente aus Metalllegierungen darstellen“, legt Dehnen dar. „Je ungewöhnlicher ihre Zusammensetzungen und je unsymmetrischer ihre Strukturen sind, desto interessanter werden solche Cluster.“

Um mehr über das überraschende Molekül herauszufinden, beschränkten sich die Forscherinnen und Forscher nicht auf experimentelle Untersuchungen. „Zusätzlich stellten wir quantenchemische Rechnungen an, um zu verstehen, warum die Struktur so aussieht, wie wir sie finden, und zu begreifen, wie sie entsteht“, führt Dehnen aus. „Unsere Berechnungen zeigen, dass es für diese oder eine ähnliche Zusammensetzung keine andere energetisch ähnlich günstige Strukturvariante gibt“, schreiben die Autorinnen und Autoren.

Professorin Dr. Stefanie Dehnen lehrt Anorganische Chemie an der Philipps-Universität. Ihre Arbeitsgruppe am Fachbereich Chemie beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von anorganischen und metallorganischen Multikomponenten-Clusterverbindungen. Auch in der breitenwirksamen Vermittlung naturwissenschaftlicher Fragestellungen ist die Hochschullehrerin aktiv: Dehnen ist Direktorin des Mitmachlabors „Chemikum Marburg“. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Forschungsarbeiten finanziell.

Originalveröffentlichung: Robert J. Wilson & al.: [Co@Sn6Sb6]3−: Ein endohedraler 12-Atom-Cluster mit einem nicht-zentrierten inneren Atom, Angewandte Chemie 2018, DOI: https://doi.org/10.1002/ange.201807180