雙茂金屬概述。來源:《自然化學》(Nature Chemistry)(2024)

第一種也是最著名的茂金屬是“二茂鐵”，它包含一個鐵原子。今天，三明治配合物可以在許多無機化學教科書中找到，茂金屬的成鍵和電子結構在本科化學課程中講授。夾層分子在工業中也扮演著重要的角色，它們被用作催化劑和合成特殊的金屬聚合物。

沒有人確切地知道今天有多少個三明治分子，但這個數字肯定有幾千個。它們都有一個共同點:一個單一的金屬原子位于兩個扁平的碳原子環之間。

至少在2004年之前，人們是這麽認爲的，當時塞維利亞大學的一個研究小組有了一個驚人的發現。西班牙研究小組成功地合成了包含兩個而不是一個金屬原子的三明治分子。在很長一段時間裏，這種含有兩個鋅原子的“二茂金屬”一直是同類中唯一的例子，直到去年英國的一個研究小組成功地合成了一種含有兩個铍原子的非常相似的分子。

但是現在，薩爾大學安德列博士Schäfer研究小組的博士生英加·比肖夫(Inga Bischoff)又向前邁出了一大步。她成功地在實驗室中合成了世界上第一個“雜雙金屬”三明治複合物——一種包含兩種不同金屬原子的二茂金屬。

在2004年發現第一個二茂金屬後不久，理論工作表明，二茂金屬不一定要包含兩個相同的金屬原子，而且由兩個不同金屬原子組成的配合物也應該是穩定的。這些預測是在量子化學模型計算的基礎上用強大的計算機做出的。盡管有這種預期的穩定性，但在比肖夫目前的突破之前，所有在實驗室中制造這種分子的嘗試都是失敗的。

“當你意識到自己手裏拿的是什麽時，真的很興奮，很特別。用肉眼看，它只是另一種白色粉末。但我仍然清楚地記得，當我們第一次在電腦屏幕上看到實驗確定的分子結構時，我們知道我們有一個由兩個不同金屬原子組成的三明治分子，”Schäfer博士說。

André Schäfer和因加·比肖夫在實驗室裏研究他們的新二茂金屬樣品

“你選擇哪個碳環和你想在它們之間包裹哪個金屬原子一樣重要。這是至關重要的，因爲碳環和金屬原子的電子結構必須彼此匹配，”Bischoff解釋說。

“我們的‘雜雙金屬二茂物’中包含的金屬是锂和鋁。計算預測這兩種金屬將是合適的候選者，因爲它們的電子結構在某種意義上類似于兩個鋅原子，我們知道它們可以形成穩定的二茂金屬。”

但這些聽起來如此簡單明了的東西卻花了幾個月的時間才實現。事實證明，這種分子的反應性很強，只能在惰性氮氣或氩氣包層下合成、儲存和分析。如果它接觸到空氣，它就會分解。

一旦它被合成，就需要對分子進行表征，這需要來自薩爾大學的整個科學家團隊的參與。他們的研究結果已經發表在《自然化學》雜志上。

“我們的雜雙金屬二茂金屬代表了一種全新的三明治分子，”研究小組負責人Schäfer博士說。“誰知道呢，也許有一天它也會被納入學生教科書。但首先，我們需要進一步研究它。

“目前，我們對它的結構有了很好的了解，但對它的反應性知之甚少。如果我們找到其他合適的金屬原子組合，將來很可能合成其他雜雙金屬二茂物。”