Neues aus dem Bor-Universum
Über das Element Bor weiß weltweit wohl niemand so gut Bescheid wie das Team von Professor Holger Braunschweig an der Universität Würzburg: Zurzeit berichten gleich drei Fachzeitschriften über Fortschritte, die den Würzburgern in der Bor-Chemie gelungen sind.
Molekül mit einer Bor-Bor-Dreifachbindung, erstmals synthetisiert von Chemikern der Universität Würzburg.
Rian Dewhurst / Krzysztof Radacki
Ein Platin-Atom (Pt) durchbricht eine Bindung zwischen Bor (B) und Kohlenstoff (C1) zur Hälfte.
Rian Dewhurst / Peter Brenner
Für Chemiker hält das Element Bor immer wieder Überraschungen bereit. Es hat einen so großen Mangel an Elektronen, dass es sehr ungewöhnliche Verbindungen mit anderen Elementen eingeht. Viele Lehrbücher widmen dem Bor darum eigene Kapitel.
Stabile Bor-Bor-Dreifachbindung
Lehrbuchreif ist auch der neue Forschungserfolg, den Professor Holger Braunschweig und seine Arbeitsgruppe von der Universität Würzburg in der Zeitschrift „Science“ beschreiben: Einem Team um den Doktoranden Jan Mies ist es zum ersten Mal gelungen, eine stabile dreifache chemische Bindung zwischen zwei Bor-Atomen zu knüpfen.
Zwei- und Dreifachbindungen gibt es nur bei wenigen anderen Elementen, etwa bei Kohlenstoff, Silicium oder Stickstoff. Sie sind generell von Interesse, weil sie interessante Reaktionen möglich machen – etwa die Synthese von Kunststoffen wie Polyethylen. Auch das dreifach miteinander verbundene Bor öffnet eventuell Wege für die Entwicklung neuartiger Materialien und Arzneistoffe.
An der Realisierung einer Bor-Bor-Dreifachbindung sind in den vergangenen Jahrzehnten viele Wissenschaftler gescheitert. Die Würzburger dagegen hatten nicht nur damit Erfolg. Sie beschreiben auch einige Beispiele für chemische Reaktionen, die an der Dreifachbindung ablaufen. „Aus diesem Stoff sind Lehrbücher gemacht. Es besteht kein Zweifel, dass die Bor-Bor-Dreifachbindung schnell Eingang finden wird in die Bücher der Anorganischen Chemie“: So das Urteil eines Fachmanns, der die Arbeit aus Würzburg im Auftrag von „Science“ begutachtet hat.
Platin bei der Arbeit
Neue Wege, um Bor gezielt mit sich selbst oder anderen Elementen zu verbinden, beschreiben die Würzburger Chemiker in zwei weiteren aktuellen Veröffentlichungen. Im Fachblatt „Nature Communications“ schildern sie die Synthese eines Moleküls, das sie niemals in stabiler Form erwartet hätten: Ein Platin-Atom hat darin die Bindung zwischen Bor und Kohlenstoff „zur Hälfte“ durchgebrochen.
Platin wird in vielen technischen Prozessen als Katalysator eingesetzt, um den Ablauf chemischer Reaktionen zu beschleunigen. Dabei bewirkt es zum Beispiel, dass Bindungen zwischen Atomen geknüpft oder gelöst werden. „In unserem Molekül sorgt Platin dafür, dass die Bindung von Bor und Kohlenstoff irgendwo zwischen ‚intakt‘ und ‚gelöst‘ liegt“, sagt Doktorand Bernd Pfaffinger, der maßgeblich an der Synthese beteiligt war.
„Wir denken, dass wir eine Art Schnappschuss von dem Prozess vorliegen haben, bei dem Platin eine Bindung bricht.“ Normalerweise sei ein solcher Zustand viel zu flüchtig, um sich direkt nachweisen zu lassen. Die Stabilität des Moleküls sei darum völlig überraschend gewesen.
Bor-Atome zu Kette verknüpft
Die Zeitschrift „Nature Chemistry“ schließlich stellt eine Arbeit aus Würzburg vor, bei der vier Bor-Atome zu einer Kette verknüpft wurden. Eine solche Verkettung war bislang nur mit „aggressiven“ Methoden zu erreichen, nämlich unter hohen Temperaturen und mit explosiven Alkalimetallen wie Natrium, erklärt Braunschweigs Doktorand Qing Ye. Sein Team aber hat die Bor-Ketten jetzt erstmals bei Raumtemperatur in einer Kohlenmonoxid-Umgebung synthetisiert, also unter vergleichsweise milden chemischen Bedingungen.
Die Würzburger haben damit die Synthese längerer Ketten aus Bor-Atomen greifbarer gemacht. Von solchen Polymeren aus Bor erhofft sich die Wissenschaft einiges: Sie dürften interessante elektronische Eigenschaften besitzen, sollten also spannend sein für neue Anwendungen in der Elektronik.
Originalveröffentlichung
"Ambient-Temperature Isolation of a Compound with a Boron-Boron Triple Bond", Holger Braunschweig, Rian D. Dewhurst, Kai Hammond, Jan Mies, Krzysztof Radacki and Alfredo Vargas. Science, 15. Juni 2012, Vol. 336 no. 6087 pp. 1420-1422
"Unsupported Boron-Carbon σ-Coordination to Platinum as an Isolable Snapshot of σ-Bond Activation", Holger Braunschweig, Peter Brenner, Rian D. Dewhurst, Ivo Krummenacher, Bernd Pfaffinger, Alfredo Vargas. Nature Communications 3, 29. Mai 2012
"Controlled Homocatenation of Boron on a Transition Metal", Holger Braunschweig, Qing Ye, Alfredo Vargas, Rian D. Dewhurst, Krzysztof Radacki, Alexander Damme, Nature Chemistry, 17. Juni 2012,
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