Heterometallisk koppar-aluminium superatom
| Egenskaper | |
|---|---|
| C156H216Al12Cu 43 _ _ _ _ _ _ | |
| Molar massa | 5 147,700 g ·mol -1 |
| Strukturera | |
| kubisk | |
| Im-3 | |
|
a = 20,2549
vid 101 K
|
|
|
Gittervolym ( V )
|
8309,8 |
|
Formelenheter ( Z )
|
2 |
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Den heterometalliska koppar-aluminium-superatomen är en Mackay-Type-kluster [ förtydligande behövs ] med formeln [Cu 43 Al 12 ](Cp*) 12 . Det är en superatom med öppet skal med 67 elektroner .
Vid tiden för dess syntes var det den största superatom som skulle syntetiseras. Dess två distinkta egenskaper är dess stora elektronantal jämfört med andra heterometalliska superatomer och dess oöverträffade elektronstruktur med en öppen skalkonfiguration.
Detta är det allra första exemplet på ett ligerat heterometalliskt kluster av Mackay-typ, som är en extremt komplex kristallstruktur vars yta är sammansatt av tvåskals 20 liksidiga trianglar sammansatta av 55 koppar- och aluminiumatomer. Denna form kallas också en icosahedron. De 43 koppar- och 12 aluminiumatomerna bildar en superatom genom att metallerna bildar ett delat elektronskal som liknar en enda metallatom. Genom magnetisk data och analys på DFT-nivå visar det att denna superatom har en mycket unik elektronisk struktur av klustret som är ett 67-elektron öppet jelliumskal [Cu 43 Al 12 ] 12+ kärna , skyddad av tolv Cp*-ligander. Dessa kristaller har de kemiska egenskaperna hos enskilda kopparatomer. De attraheras av ett magnetiskt fält, eller paramagnetiska på grund av tre valenselektroner i det yttersta skalet vars spinn är i linje med ett magnetfält. En annan egenskap hos denna förening är att den är pyrofor , eller kan antändas spontant när den utsätts för luft, så den är mycket känslig för luft och fukt. Dessutom kan denna förening inte återupplösas i något lösningsmedel utan sönderdelning, vilket innebär att omfattande karakterisering av föreningen inte kan erhållas med högupplöst masspektrometri eller lösnings-NMR-spektroskopi. Röntgendiffraktionsstrukturanalys av erhållna data uppfyller således inte de accepterade högkvalitetskraven, på grund av att föreningen bildar relativt små, svagt diffraktionskuber vid användning av enkristaller.
Syntes
Fischers labbteam designade materialet genom att bygga sammansättningar gjorda av individuella koppar- och aluminiumatomer. För denna superatom kombinerades en blandning av aluminiumatomer komplexbundna med pentametylcyklopentadien (Cp*) och kopparatomer komplexbundna med mesitylen (Mes) i en inert atmosfär .
- [AlCp*] 4 + [CuMes] 5 → [Cu 43 Al 12 ](Cp*) 12
Efter tillsats av ett lösningsmedel separerade koppar- och aluminiumatomerna spontant från de organiska föreningarna och bildade superatomklustret. Reaktionens exergoniska karaktär visar att detta specifika arrangemang av koppar- och aluminiumatomer är stabilt .