Nächster Schritt zu magnetischen organischen Molekülen

Organische Magnete könnten gegenüber herkömmlichen metallischen Magneten viele Vorteile haben: Sie wären leicht, transparent, kostengünstig und könnten biegsam oder sogar flüssig sein. Ihre magnetischen Eigenschaften könnten sich mit Licht an- und ausschalten lassen.

„Häufig sind organische magnetische Moleküle allerdings instabil“, sagt Wolfram Sander. „Sie reagieren leicht mit anderen Molekülen oder verlieren ihre magnetischen Eigenschaften, wenn sie Licht oder Wärme ausgesetzt sind.“

Magnetismus durch ungepaarte Elektronen

Magnetismus entsteht, wenn sich elektrische Ladungen bewegen; das Phänomen kann in jedweder Materie gefunden werden, allerdings in unterschiedlicher Stärke. Für organische Magnete haben sich die sogenannten Arylnitrene als vielversprechende Moleküle erwiesen.

„Sie besitzen zwei ungepaarte Elektronen mit einer starken magnetischen Interaktion und sind relativ leicht herzustellen“, sagt Enrique Mendez-Vega, einer der Autoren der Veröffentlichung.

Noch stärkere magnetische Eigenschaften erhofften sich die Forscher durch eine Kombination mehrerer Nitrene. In der aktuellen Arbeit setzten sie drei Nitrene zu einem Tri-Nitren zusammen, das folglich sechs ungepaarte Elektronen enthielt. Ihr Syntheseweg erzielte dabei hohe Ausbeuten.

Obwohl das Tri-Nitren sechs ungepaarte Elektronen besaß – üblicherweise eine Eigenschaft, die Moleküle reaktionsfreudig macht –, reagierte es nicht mit Sauerstoff und Wasserstoff, sondern blieb stabil. Die Forscher hatten es in eine Wassermatrix eingebettet, die zudem verhinderte, dass sich reaktionsfreudige Einheiten des Moleküls zusammentaten, wodurch die magnetischen Eigenschaften verlorengegangen wären.

Nächstes Ziel: Stabil bei Raumtemperatur

„Die Tri-Nitrene sind vielversprechende Kandidaten für die Entwicklung organischer Magnete, da sie relativ leicht in größeren Mengen hergestellt werden können, stabil sind und stark magnetisch sind“, so Wolfram Sander. „Wir arbeiten nun daran, sie auch bei normalen Umgebungsbedingungen, beispielsweise Raumtemperatur stabil zu bekommen.“

Förderung

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützte die Arbeiten im Rahmen des Exzellenzclusters Resolv (EXC 2033, Projektnummer 390677874).

Prof. Dr. Wolfram Sander
Lehrstuhl für Organische Chemie II
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 24593
E-Mail: oc2@rub.de

Enrique Mendez-Vega, Joel Mieres-Perez, Sergei V. Chapyshev, Wolfram Sander: Persistent organic high‐spin trinitrenes, in: Angewandte Chemie International Edition, 2019, DOI: 10.1002/anie.201904556