شیمی آلیفلزی بیش از نیمقرن بر «قانون ۱۸ الکترون» تکیه داشته است؛ قانونی که میگوید ترکیبات پایدار فلزات واسطه باید مجموعاً ۱۸ الکترون پرکننده لایههای بیرونیشان باشند. اما کشف اخیر یک مولکول ساندویچی با نام فرروسن ۲۰ الکترونی نشان میدهد این قاعده هم قابل بازنویسی است و درب را به روی طراحی کاتالیزورهای با کارایی و پایداری فراتر میگشاید.
قانون ۱۸ الکترون؛ سنگ بنای طراحی کاتالیزورها
طبق مطالعات منتشرشده در مجله Journal of the American Chemical Society (2025)، قانون ۱۸ الکترون برای هزاران مولکول آلیفلزی از جمله فرروسن استاندارد ثابتی بود. بر مبنای این قانون، به ازای هر اتم فلز، لیگاندها ایمیت میشوند تا به مجموع ۱۸ الکترون برسند و نقطه قرمز پایداری ترمودینامیکی را تجربه کنند.
معرفی فرمول فرروسن ۲۰ الکترونی
تیم تحقیقاتی دانشگاه آکسفورد با بهکارگیری لیگاندهای طراحیشده با گروههای الکتروندوست و –دونور، موفق شد دو الکترون اضافی را به ساختار شناختهشده فرروسن تزریق کند. طیفسنجی مادونقرمز و آنالیزهای کوانتومی نشان دادند که:
- مولکول جدید در دمای اتاق پایدار میماند
- پتانسیل اکسایش/احیا (E₁/₂) حدود ۰.۲ ولت تغییر میکند که نسبت به فرروسن کلاسیک (۰.۴ ولت) بهبود یافته است
این دستاورد در مقالهای در Nature Chemistry (۲۰۲۵) گزارش شد و نشان داد امکان عبور از سقف ۱۸ الکترون در ترکیبات فلزی وجود دارد.
پیامدهای فرمول فرروسن ۲۰ الکترونی
تحولات بنیادی ناشی از فرروسن ۲۰ الکترونی شامل:
- ایجاد کاتالیزورهای جدید با چرخه الکترونی گستردهتر و بازده واکنش بهینهتر
- طراحی مواد الکترونیکی با رسانایی و خواص نوری غیرمنتظره
- بستر مناسب برای واکنشهای صنعتی با پسماند کمتر و سرعت بالاتر
مثال ساده برای مقایسه: اگر فرروسن کلاسیک مثل خودروی استاندارد باشد که با بنزین عادی حرکت میکند، فرروسن ۲۰ الکترونی شبیه خودروی هیبریدیست که با نیروی مضاعف، برد بیشتر و آلایندگی کمتر راه میرود.
آینده تحقیق و سؤالات بیپاسخ
هرچند فرروسن ۲۰ الکترونی افقهای تازهای گشوده، اما پرسشهایی همچنان مطرحاند:
- آیا این پدیده را میتوان به کبلتوکسن یا نیکلوسن تعمیم داد؟
- چگونه میتوان فرمولهای ۲۰ الکترونی را در مقیاس صنعتی و اقتصادی تولید کرد؟
با گسترش تحقیقات و همکاریهای بینرشتهای، انتظار میرود فرمولهای الکترونی نوین، نقطه آغازی برای عصر جدید شیمی کاتالیزوری باشند و مرزهای آنچه ممکن است را وسعت دهند.
لعیا آزاده
من فارغالتحصیل رشته رسانه و ارتباطات هستم و از همان دوران دانشگاه به پتانسیل فضای مجازی و رسانههای دیجیتال برای تولید محتوا علاقهمند شدم. فعالیت حرفهای خودم را از سال ۱۳۹۷ با مدیریت یک وبلاگ و شبکههای اجتماعی برای یک برند کوچک آغاز کردم. پس از کسب تجربه در زمینه تولید محتوای دیجیتال و بازاریابی، اکنون به عنوان دبیر سرویس محتوای دیجیتال در یک مجله اینترنتی شناختهشده فعالیت میکنم. تلاش من این است که با بهرهگیری از روندهای جدید، محتوایی جذاب و تعاملی برای مخاطبان تولید کنم.