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茂金屬化學的進步導致了"雜多金屬"夾層分子的合成，這種分子的創造具有挑戰性，但卻為新的化學發現和工業應用提供了潛力。安德烈-舍費爾（André Schäfer）和英格-比紹夫（Inga Bischoff）在實驗室中與他們的新型二茂金屬樣品。圖片來源：薩爾州大學/Thorsten Mohr

沒有人確切知道目前有多少種三明治分子，但數量肯定數以千計。它們都有一個共同點：在兩個碳原子的扁平環之間有一個金屬原子。至少在 2004 年之前，人們一直是這么認為的，直到塞維利亞大學的一個研究小組有了驚人的發現。

長期以來，這種含有兩個鋅原子的"二茂金屬"一直是同類作品中的佼佼者，直到去年英國的一個研究小組成功合成了一種非常類似的含有兩個鈹原子的分子。

但現在，德國薩爾州大學安德烈-舍費爾博士研究小組的博士生英格-比肖夫（Inga Bischoff）又向前邁進了一大步。她成功地在實驗室中合成了世界上第一個"異雙金屬"夾層復合物--一種含有兩種不同金屬原子的二茂金屬。

理論與實踐的突破

2004 年發現第一個茂金屬后不久，理論研究表明它不一定要含有兩個完全相同的金屬原子，含有兩個不同金屬原子的復合物也應該是穩定的。這些預測是在利用功能強大的計算機進行量子化學建模計算的基礎上得出的。盡管預測了這種分子的穩定性，但在英格-比紹夫取得目前的突破之前，所有在實驗室中制造這種分子的嘗試都沒有成功。

"當你意識到手中握著的是什么時，你會感到非常興奮和特別。肉眼看上去，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測定的分子結構時，我們知道我們有了一個含有兩種不同金屬原子的三明治分子，"安德烈-舍費爾博士說。

"選擇哪種碳環和在碳環之間包圍哪種金屬原子一樣重要。這一點至關重要，因為環狀碳環和金屬原子的電子結構必須相互匹配，我們的'異雙金屬二茂金屬'中包含的金屬是鋰和鋁。計算預測這兩種金屬將是合適的候選金屬，因為它們的電子結構在某些意義上與兩個鋅原子的電子結構相似，我們知道這兩種金屬可以形成穩定的二茂金屬。"

但是，聽起來簡單明了的事情卻花了幾個月的時間才實現。事實證明，這種分子非常活躍，只能在惰性氮氣或氬氣毯下合成、儲存和分析。如果它接觸到空氣，就會直接分解。一旦合成了這種分子，就需要對其進行表征，這就需要薩爾州大學的整個科學家團隊的參與。他們的工作成果現已發表在備受推崇的《自然-化學》雜志上。

"我們的雜多金屬二茂金屬實際上代表了一類全新的夾層分子。"小組負責人 André Schäfer 博士說："誰知道呢，也許有一天它也會被寫進學生的教科書中。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，但對它的反應性仍然知之甚少。如果我們找到其他合適的金屬原子組合，將來很可能合成出其他夾雜多金屬的二茂金屬。"

1973 年，德國化學家恩斯特-奧托-費舍爾（Ernst Otto Fischer）和英國化學家杰弗里-威爾金森（Geoffrey Wilkinson）獲得諾貝爾獎，以表彰他們在有機金屬（即所謂的夾心化合物）化學方面獨立完成的開創性工作，這凸顯了這類分子的巨大意義。