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“三明治化合物”是指由金屬原子和兩個環(huán)多烯形成的“夾心式”化合物。環(huán)多烯含離域π鍵，能作為π電子給予體與金屬原子形成配位化合物。二茂鐵是1950年代合成的首例具有芳香族性質的有機過渡金屬夾心化合物，它的發(fā)現展開了環(huán)戊二烯基與過渡金屬的眾多π配合物的化學，也為有機金屬化學掀開新的帷幕，該系列化合物已經在催化、有機合成、新材料等領域得到了非常廣泛的應用。
進入21世紀以來，三明治化合物研究領域取得兩項里程碑式的進展。其一，美國科學家合成一種全新“不含碳”(carbon-free)夾心化合物[Ti(P5)2]2-(Science 2002)。其二，日本科學家合成[Pd3Tr2Cl3]-(Science 2006)，即將單原子金屬夾心進一步擴展到多原子金屬層。但是，60余年來全金屬芳香性三明治化合物的合成一直未獲得突破。
在國家自然科學基金等項目資助下，長春應用化學研究所稀土資源利用國家重點實驗室孫忠明課題組圍繞全金屬芳香性團簇化合物的合成開展工作，成功制備了首例全金屬三明治化合物[Sb3Au3Sb3]3-，該化合物由三層金屬三角面疊加而成三棱柱結構，Au3位于兩個Sb3三角面中間。課題組和山西大學翟華金教授合作，對化合物的電子結構進行了詳細的分析。研究表明，[Sb3Au3Sb3]3-有一個較寬的能隙(3.08eV)，即該全金屬體系可能呈現半導體特性。體系中Au-Au鍵級較小和電子計數不足現象均說明Au-Au之間的相互作用非常弱，3個Au-Au鍵沒有形成典型共價作用，而是主要依靠一種離散的親金效應維系(強度相當于氫鍵)。體系中上下兩個Sb3環(huán)呈現全離域3c-3eπ鍵特征，其核獨立化學位移NICS值為-23.13ppm略小于苯環(huán)，說明[Sb3Au3Sb3]3-體系具有芳香性。
全金屬三明治化合物、全金屬芳香性都是團簇化學領域的新概念，目前在教科書中都難尋蹤影。論文發(fā)表后，全金屬芳香性理論的創(chuàng)始人、國際知名的理論化學家、美國猶他州立大學教授Alexander Boldyrev立即致信表示：“這一研究成果在金屬芳香性和配位化學領域是一個非常重要的貢獻?！?/span>
該化合物的成功制備為合成其他全金屬三明治化合物指明了新的途徑，研究人員下一步嘗試將稀土元素引入該體系中，希望得到更多新穎結構類型的全金屬三明治結構化合物。
該工作發(fā)表在最新一期的J. Am. Chem. Soc.上。
長春應化所報道首例全金屬三明治化合物
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