一个"不可能"存在的20电子分子正挑战化学界百年认知

“对于许多过渡金属配合物而言，当它们被18个形式价电子包围时最为稳定。这是一条化学经验法则，催化和材料科学领域的许多关键发现都基于此，”论文主要作者Satoshi Takebayashi博士表示。该论文发表在《Nature Communications》上，是与来自德国、俄罗斯和日本的科学家合作完成的。二茂铁是体现这一规则的经典范例。“我们现在首次证明，能够合成稳定的20电子二茂铁衍生物，”他补充道。

这一突破深化了我们对金属茂化物结构和稳定性的理解。此类化合物以其特有的'三明治'结构闻名——金属原子位于两个有机环之间。

重构概念认知

二茂铁于1951年首次合成，凭借其出人意料的稳定性和独特结构引发了化学革命，最终使其发现者荣获1973年诺贝尔化学奖。二茂铁在多方面开创了金属-有机键合认知的新篇章，并催生了现代有机金属化学领域，持续激励世代科学家探索金属-有机化合物。

这项新研究正是建立在上述基础之上。通过设计新型配体系统，该团队成功稳定了具有20个价电子的二茂铁衍生物——这种配位化学此前被认为难以实现。“此外，额外的两个价电子诱发了非常规氧化还原特性，具有未来应用潜力，”Takebayashi博士指出。这一点至关重要，因为尽管二茂铁已应用于涉及电子转移的氧化还原反应，但传统上局限于狭窄的氧化态范围。该衍生物通过形成Fe-N键实现新的氧化态，拓展了二茂铁获得或失去电子的途径。因此，它可能在从储能到化工生产的多个领域成为更高效的催化剂或功能材料。

掌握打破并重建化学稳定性规则的原理，使研究人员能够设计具有定制特性的分子。这些见解可能推动可持续化学的新研究，包括开发绿色催化剂和下一代材料。

未来创新的平台

二茂铁衍生物已应用于多种技术领域，涵盖太阳能电池、药物、医疗器械及先进催化剂。通过扩展化学家的概念工具箱，这项最新突破有助于深化和多元化现有应用，同时激发全新应用场景。

冲绳科学技术大学院大学（OIST）的有机金属化学课题组致力于揭示调控金属-有机相互作用的基本原理，并将其应用于应对现实挑战。该团队特别关注违背标准化学规则的特殊化合物，例如本研究中报道的20电子二茂铁衍生物。

本研究获得日本学术振兴会（JSPS）、JSPS日本顶尖研究大学形成计划、冲绳科学技术大学院大学（OIST）仪器分析及工程部门、以及OIST Buribushi奖学金的支持。