在科学的广阔领域中，每一次突破都可能引领一场革命。最近，冲绳科学技术研究所（OIST）科学技术组研究员 Satoshi Takebayashi 博士与冲绳科学技术研究所工程部科学家 Hyung-Been Kang 博士以及来自德国、俄罗斯和日本的科学家一起，在冲绳科学技术研究所成功地开发出了一种全新的、拥有21个电子的茂金属化合物。这一发现不仅打破了常规，也为我们的科技发展开辟了新的道路。

现代金属有机化学最大的挑战之一就是其在新技术和新材料等领域的应用。出于这个目的，许多类型的配合物被人们合成、修饰，然后应用于新的催化过程中，而茂金属配合物无非是这方面最热门领域之一。

茂金属是什么？

茂金属名称中的“茂”来自于“环戊二烯”中的“戊”字，上加草字头表示配体为具有芳香性的环戊二烯基负离子。根据IUPAC的定义，茂金属包含一个过渡金属原子和两个环戊二烯配体，结构为夹心结构，两个环戊二烯离子共平面，键长和键强度都相等。按照哈普托数命名法，一个环戊二烯的5个碳原子构成的等效键，用η表示。也有例外情况，如双环辛四烯合铀是由两个环辛四烯环夹着一个铀原子。

IUPAC对茂金属的定义较为严格，要求化合物具有D区金属和夹心结构。但在习惯命名中，非过渡态金属化合物如Cp2Ba，或非共平面的芳香环及衍生物如二茂锰和二氯二茂钛（Cp2TiCl2）也被归为茂金属及其衍生物一类。 据报道，某些含锕系元素的茂金属化合物中三个环戊二烯配体与一个金属中心配合，均以η键连接。

茂金属是一种有机金属化合物，因其多功能性和特殊的"三明治"结构而闻名。茂金属的发现是对有机金属化学领域的重大贡献，因此 1973 年诺贝尔化学奖授予了发现并解释其夹层结构的科学家。

发展

茂金属聚烯烃就是以茂金属配位化合物为催化剂，进行烯烃聚合反应所制的的聚合物。茂金属聚合物加工性能好、强度高、刚性和透明性好，在耐温、耐化学药品等方面的性能得到了显著的改善。

茂金属催化剂已经从二氯二茂钛和二氯二茂锆单组分催化剂逐步发展到双组分和多组分混配型催化剂，稀土茂金属催化剂为烯烃聚合开辟了新的领域。

茂金属催化剂都有哪些特点

茂金属催化剂为均相（homogeneous）催化剂，其活性中心的每一个分子都溶解在溶剂中，所以其活性较高。其活性能达到传统Ziegler–Natta和 Phillips催化剂活性的成百乃至上千倍。例如在70℃下，含1克锆的双芴基锆配合物(C13H8-C2H4-C13H8)ZrCl2在助催化剂的活化下能生产3×10^5kg聚乙烯，如此高的催化活性可使工业生产中所用催化剂的量大大减少，如此少的催化剂的灰分是允许残留在聚烯烃产品之中的。

茂金属催化剂可以催化乙烯与许多共聚单体发生共聚，至今已经被报道的共单体多达50种以上。另有研究发现，可以发生共聚的单体除了常见的α-烯烃、降冰片烯、苯乙烯之外，还可以是共轭双烯烃以及极性单体。所以茂金属催化剂能够生产多种新型聚烯烃产品，这样种类繁多的品种并且拥有优良的性能，就可以广泛应用于生产生活的各个领域。

在19个电子的茂金属上增加了两个电子

茂金属之所以用途广泛，是因为它们能够"夹心"多种不同元素，形成各种化合物。它们可用于各种用途，包括生产聚合物、用于测量血液中葡萄糖含量的血糖仪、过氧化物太阳能电池，还可用作催化剂（一种可提高化学反应速率而不被反应本身消耗或改变的物质）。

茂金属的化学结构可以容纳多种电子数，从而形成多达 20 个电子的复合物。不过，18 电子结构最受欢迎，因为它是最稳定的结构。

研究人员称，拥有超过18个电子是罕见的，因为一旦超过18个电子，茂金属的化学键就开始拉长、断裂并改变结构。团队此次在19电子茂金属中又增加了两个电子，创造了一个21电子茂金属。大多数人此前认为这是不可能的，但是新开发的21电子茂金属在溶液和固态中均很稳定，可储存很长时间。

有了这种新的茂金属，我们就有可能创造出新型材料，应用于医药、催化和能源领域，帮助解决重要的全球性问题，提高我们的生活质量。

这一突破的背后，是科学家们无数次的试验和努力。由于茂金属的夹层结构很容易被改变，因此研究中最具挑战性的部分是科学家们要证明氮已成功地与钴结合，而不会改变夹层结构。他们必须严格证明茂金属与所有相邻碳原子都正确结合，并且氮原子与钴原子相连。为了做到这一点，Takebayashi博士组织了一个由不同专业的研究人员组成的强大团队，并明确表明所有元素都结合得很好。

这种新型的茂金属有可能创造出可用于医学、催化和能源领域的新型材料，帮助解决重要的全球问题，提高我们的生活质量。然而，这只是开始。

展望未来

Takebayashi 博士未来的研究重点是将 21 电子茂金属用于催化和材料科学等更适用的科学领域，如催化和材料科学，以及基于这一发现发现前所未有的有机金属化学。

这是一个令人兴奋的时代，科技的进步正在以我们无法想象的速度改变我们的生活。这种新型的茂金属就是最好的证明。让我们一起期待，看看这种新的科学突破将如何引领我们走向一个更美好的未来。

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