A kémia tudásrésze lezárva

V.L.n.R. Frau Dr. Elisabeth Irran (Röntgenstrukturanalyse), Dr. Robert Müller (Fachgebiet Theoretische Chemie - Quantenchemie), Dr. Qian Wu, Prof. Dr. Martin Kaupp, Dr. Hendrik F. T. Klare, Prof. Dr. Martin Oestreich. (© TU Berlin/PR/Dominic Simon)

Bizonyos felismerések szerint örökké keresünk, és amikor megtaláljuk őket, minden nagyon egyszerűnek tűnik. Hasonlóképpen járt a Dr. Martin Oestreich által vezetett kutatócsoport is, aki az organikus kémia – szintézis és katalízis professzora a Berlini Műszaki Egyetemen (TU Berlin), és munkatársaival, Dr. Hendrik Klare-rel és Dr. Qian Wu-val dolgozott. Kutatási projektjük címe: „A vízalkilizált szilíniumionok karakterizálása kondenzált fázisban” – és most megjelent a neves tudományos magazinban, a Science-ben. Ezek a szilíniumionok nehezen fogható anyagok, amelyek korábban, ha egyáltalán, csak gázfázisban voltak kimutathatók. „Különösen örülünk, hogy a publikáció kizárólag a Berlini Műszaki Egyetem (TU Berlin) kiadványa” – mondta Martin Oestreich. „A tényleges laboratóriumi munkát a Humboldt ösztöndíjas, Dr. Qian Wu végezte a csoportomból.” Dr. Martin Kaupp, a teoretikus kémia – kvantumkémia professzora szakterületén, kiszámította az ehhez kapcsolódó elméletet, míg Dr. Elisabeth Irran, a Berlini Műszaki Egyetem Kristályszerkezet-megállapítási Központjának vezetője mérte fel a molekulaszerkezeteket.

Húsz évszázadokon át ismert, hogy léteznek úgynevezett karbenionok. Ezek nagyon reaktív, pozitív töltésű köztes anyagok a szén-kémia területén. Felfedezésük után évtizedek teltek el, mire sikerült előállítani és jellemezni őket, mivel rendkívül reaktív természetük ezt mindig megakadályozta. George Olah 1994-ben kapott Nobel-díjat kizárólag a karbenionok jellemzéséért.

A periódusos rendszer hatodik főcsoportjában, a szén alatt található a szilícium – akárcsak a szén, ez egy gazdaságilag és tudományosan rendkívül fontos elem. Különös módon egészen néhány évvel ezelőttig nem ismerték a szilíciumhoz kapcsolódó karbenionok megfelelő kationjait. Elméletileg megjósolhatók voltak a létezésük, és gázfázisban is megtartották őket, de laboratóriumi körülmények között stabilizálni vagy akár izolálni nem lehetett őket, mivel szintén rendkívül reaktív molekulák.

Körülbelül 25 évvel ezelőtt sikerült először bizonyítani a harmadlagos szilíniumionokat – vagyis egy szilíciumkationt, amely három szénhelyettesítőt tartalmaz. Dr. Qian Wu most sikerrel járt, hogy mind a három további származékot oldatban és szilárd formában is előállítsa. Tehát olyan szilíniumionokat, amelyek vagy két, vagy egy szénhelyettesítőt, vagy akár csak víz-atomokat tartalmaznak. „Ezzel ugyanazt a lépést tette meg Szilícium esetében, mint ahogyan George Olah több évtizeddel ezelőtt a karbenionok esetében, és ezzel egy nagy tudásbeli hiányt pótolt a főcsoport-kémia és általában a kémia területén” – írja Martin Oestreich a munka jelentőségét.

Lehet, hogy ez a felfedezés laikus számára inkább elvontnak tűnik, de a kémikusok számára alapvető kérdésekről szól: „Ezen intermediátumok reakcióképessége olyan magas, hogy bármilyen anyaggal reagálnak a környezetükben. Az izolálásuk ezért nem magától értetődő” – magyarázza Hendrik Klare. Ezért a tudósok számára elsődlegesen nem az alkalmazás kérdése volt a lényeg. Egyszerűen csak tankönyvi tudást generáltak. „Az alkalmazások nem álltak a munkánk középpontjában, de természetesen most először van lehetőség ezeknek az új molekuláknak a rendszeres vizsgálatára. Ez egy fontos lépés az alkalmazás felé, különösen a homogén katalízisben” – mondja Hendrik Klare. „Egy lehetséges opció: nagyon reakcióképes anyagok aktiválása, például fluor-klórszénhidrogének (FCKW-k). Teljesen elképzelhető, hogy ezekkel a szilíniumionokkal a fluor helyett hidrogént cseréljenek ezekben a korábban nagyon nehezen lebomló anyagokban” – mondja Martin Oestreich.