Суператом

А.И. Курамшин

pic_2018_11_16-1.jpg

Молекулярная структура полиметаллического кластера, состоящего из 55 атомов. Вид со стороны оси пятикратного вращения. Атомы водорода и молекулы бензола не отображены.

В лаборатории Технического университета Мюнхена получили самый большой суператом, состоящий из 43 атомов меди и 12 атомов алюминия. Вообще, это кластер, и рентгеноструктурный анализ показал, что металлы в нем расположены в узлах кристаллической решетки, однако с точки зрения электронного строения все 55 атомов, образующих кластер, ведут себя как один суператом. Он интересен не только с точки зрения электронного строения, но и как основа для разработки новых катализаторов («Angew. Chem.» Int. Ed., 2018, 7; doi: 10.1002/anie.201806039).

Катализаторы обычно довольно дороги. Так, огромное количество процессов, от синтеза лекарственных препаратов до окисления угарного газа в выхлопных газах автомобилей, ускоряются платиной, которая дороже золота. Другие металлы, применяющиеся в катализе — рутений, осмий, — стоят еще больше. Высокая стоимость металлов платиновой группы и их низкая распространенность в земной коре постоянно заставляет химиков искать более дешевые и доступные варианты: железо, алюминий или медь, однако не всегда удается предсказать, как они будут работать.

В этом и была цель исследовательской группы под руководством профессора неорганической и металлоорганической химии Роланда Фишера. Они не собирались получать кластер, имитирующий поведение отдельного атома, а просто разрабатывали теоретическую модель, описывающую поведение катализатора на основе полиметаллических кластеров. Для получения таких соединений исследователи решили использовать восходящий метод синтеза — получить кластеры из отдельных атомов меди и алюминия, взяв в качестве источников этих атомов металлоорганические производные [AlCp*]4 и [CuMes]5 (Cp* — пентаметилциклопентадиенил, Mes — мезитил, 2,4,6-триметилфенил).


[AlCp*]4 + [CuMes]5

[Cu43Al12] (Cp*)12

pic_2018_11_16-2.jpg

Схема получения суператома







Первоначально исследователи опасались, что медь и алюминий сохранят связи металл-углерод и не будут образовывать необходимые для связи металл-металл, однако опасения оказались напрасными. Образовался темно-красный осадок, который очистили и изучили с помощью рентгеноструктурного анализа, — продукт реакции имел довольно сложную структуру. Сорок три атома меди и двенадцать атомов алюминия сформировали геометрическую фигуру, поверхность которой была «вымощена» двадцатью равнобедренными треугольниками. Более того, пятьдесят пять атомов металлов организовались в один суператом, объединив свои электроны в единую электронную оболочку, распределение электронов в которой напоминает распределение по энергетическим уровням в обычном атоме. Расположенные на внешнем уровне этой объединенной оболочки три неспаренных электрона придают кластеру парамагнитные свойства.

Особенность нового полиметаллического кластера не только в том, что это самый большой суператом, известный на сегодня, но и в том, что он самопроизвольно образуется в растворе, не требуя значительной подпитки энергией. Это может говорить о том, что кластер-суператом [Cu43(AlCp*)12] термодинамически устойчив, поэтому в будущем можно ожидать получения и других суператомов такого же размера. В планах исследователей из группы Фишера дальнейшее изучение полученного суператома — его парамагнетизм и электронная конфигурация позволяют ожидать проявления интересных свойств.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 11/2018) на с. 16.

Разные разности
Бактериофаги против дезодорантов
Метагеномный анализ кожной флоры позволил найти главного злоумышленника, виновного в резком запахе пота — это бактерии Staphylococcus hominis. Но можно ли от них избавиться, не убивая другие кожные бактерии? Исследователи предложили логичное реш...
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...