Dreifach stark

Jahrzehntelang versucht, endlich gelungen: Marburger Chemiker sind an der erstmaligen Herstellung einer stabilen Dreifachbindung zwischen Stickstoff und Phosphor beteiligt. Noch nie zuvor ist es gelungen, eine derartige Bindung zwischen Stickstoff und einem anderen Element aus einer Hauptgruppe des Periodensystems zu synthetisieren. Überraschenderweise hat sich die neuartige Verbindung als besonders reaktiv erwiesen, was sie für chemische Prozesse interessant macht, bei denen Stickstoff übertragen wird. Die Wissenschaftler berichten über ihren Durchbruch in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Science“.

Verbindungen, in denen Stickstoff dreifach an seinen Partner gebunden ist, spielen eine große Rolle bei organischen Reaktionen, in denen sie als Zwischenprodukte vorkommen. „Seit Jahrzehnten versuchen Chemiker, solche Verbindungen zu synthetisieren“, erklärt Professor Dr. Gernot Frenking von der Philipps-Universität, Koautor der aktuellen Studie. Bisher ist dies jedoch nur in denjenigen Fällen gelungen, in denen als Reaktionspartner des Stickstoffs ein Übergangsmetall zur Verfügung stand.

Die Entdecker der neuen Stoffklasse bedienten sich einer speziellen Ausgangsverbindung, in der zwei Stickstoffatome eine außergewöhnliche Bindung eingehen und die bei niedriger Temperatur ausreichend lang bestehen bleibt, damit man sie charakterisieren und handhaben kann. Die Forscher ersetzten eines der Stickstoffatome durch Phosphor. Das Reaktionsprodukt mit der gewünschten Dreifachbindung wird der chemischen Nomenklatur entsprechend als Phosphonitren bezeichnet. Es bleibt bei Raumtemperatur über mehrere Tage hinweg stabil – sowohl in Lösung wie auch als Feststoff – und hat sich dennoch als sehr reaktionsfreudig erwiesen.

„Sie können die Substanz in Flaschen füllen, man kann Messungen daran vornehmen und normale Synthesechemie damit treiben“, schwärmt Frenking. Seine Gruppe hat mit Modellrechnungen überprüft, welche Bindungsverhältnisse bei der neuartigen Verbindung tatsächlich vorliegen, die von US-amerikanischen Partnern um Guy Bertrand von der „University of California“ synthetisiert wurde. „Die von uns angenommene Struktur stimmt gut mit den experimentellen Daten überein“, erklärt der Marburger Chemiker.

Erstaunlicherweise erwies sich die neue Stoffklasse als besonders reaktionsfreudig, wie Frenking berichtet: „Der Stickstoff kann vom Phosphonitren auf andere Partner übertragen werden. Das ist überraschend, weil der Stickstoff dreifach an seinen Partner, den Phosphor gebunden ist.“ Die starke Reaktivität macht die neue Verbindung Frenking zufolge interessant für eine Vielfalt chemischer Umsetzungen – „sie öffnet die Tür zu einem neuen Gebiet“.

Originalveröffentlichung: Fabian Dielmann & al.: „A Crystalline Singlet Phosphinonitrene: A Nitrogen Atom–Transfer Agent“, Science 337 (2012), 1526 - 1528 , DOI: 10.1126/science.1226022

Kontakt

Professor Dr. Gernot Frenking
Fachgebiet Theoretische Chemie
Tel.: 06421 28-25563, -25561 (Sekretariat)
E-Mail