Hochreaktives Nitren erstmals isoliert

Wissen­schaftler der Uni Bremen haben zum ersten Mal erfolgreich ein Nitren isoliert, eine chemische Verbindung, die bisher als nicht isolierbar galt. „Unsere Entdeckung ist ein großer Erfolg für die Grundlagen­forschung“, erklärt Jens Beckmann, Leiter des Forschungsteams. „Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, diese hoch­reaktiven Verbindungen im Labor zu zähmen. Dies wird nicht nur unser Verständnis der Chemie verbessern, sondern hat auch das Potenzial, neue innovative Katalysator­systeme zu entwickeln.“

Die Isolation von Nitrenen war bisher nicht möglich, weil diese Verbindungen sehr schnell mit anderen Stoffen reagieren und normaler­weise nur für winzige Bruchteile von Sekunden stabil bleiben. Der Durchbruch gelang, indem die Wissen­schaftler eine Art Schutzschild um das reaktive Stickstoff­atom bauten, das es vor anderen Stoffen in der Umgebung schützt. „Bildlich gesprochen, haben wir zwei Wände um das reaktive Stickstoff-Atom aufgebaut, die es abschirmen“, erklärt Beckmann diese kinetische Stabi­lisierung.

Um die genaue Struktur des isolierten Nitrens zu bestimmen, verwendeten die Forscher die Röntgen­strukturanalyse. Dabei stellte sich heraus, dass das Stickstoff­atom in diesem Fall nur mit einem einzigen Kohlenstoff­atom verbunden ist, während Stickstoff normalerweise drei Verbindungen eingeht. „Die Röntgen­strukturanalyse hat uns erstaun­liche Einblicke gegeben“, so Beckmann. „Das Stickstoff­atom in unserem Nitren ist nur an ein einziges Kohlen­stoffatom gebunden, was äußerst ungewöhnlich ist und zu einem elek­tronischen Triplett-Grundzustand führt. Diese einzigartige Struktur verleiht dem Nitren para­magnetische Eigenschaften.“

Die Bedeutung dieser Entdeckung geht weit über die Grundlagen­forschung hinaus. Stabile Nitrene könnten als neuartige Liganden in homogenen Kata­lysatoren, etwa in der chemischen Industrie, eingesetzt werden, um chemische Reaktionen effizienter zu gestalten und Energie zu sparen. Der Schlüssel zum Erfolg war die inter­disziplinäre Forschung an der Universität Bremen, wie Beckmann betont. „Der Ursprung liegt zwar in der Chemie, aber erst die Zusammen­arbeit mit den Geo- und Material­wissenschaften hat es uns ermöglicht, die magnet­ischen Eigen­schaften zu verstehen und letztendlich diese revo­lutionäre Entdeckung zu machen.“

U. Bremen / JOL