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Studierende laufen über den Campus Nord. Es ist eine große rote Skulptur in Form von großen Zahnrädern zu erkennen. © Roland Baege​/​TU Dortmund

Aufbau einer Uran-Kohlenstoff-Mehrfachbindung mittels \(CN_2\) Transfer

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  • Neues aus der Fakultät 2026
Grafische Zusammenfassung © AK-Hansmann​/​TU Dortmund
Die Arbeitsgruppe von Prof. Hansmann hat in Zusammenarbeit mit Kolleg*innen der University of Manchester und der Universität Regensburg eine kristalline Verbindung hergestellt, die eine partielle Uran-Kohlenstoff-Dreifachbindung aufweist, wie sie in der Chemie der f-Elemente bislang nicht beobachtet wurde. Die Ergebnisse, die nun im renommierten Fachjournal Nature Chemistry veröffentlicht wurden, offenbaren ein Bindungsmuster, das Uran auf fundamentale Weise von den Übergangsmetallen unterscheidet.

Ein zentraler Schlüssel zu diesem Durchbruch war Ph₃PCN₂, ein Reagenz, das 2024 in der Hansmann Gruppe für die Übertragung von Kohlenstoff- und CN₂-Einheiten entwickelt und nun erstmals in der Actinidchemie eingesetzt wurde. In der vorliegenden Studie erwies sich seine CN₂-Transfer-Reaktivität als unverzichtbar für den Aufbau des untersuchten Uran-Komplexes mit einer verbrückenden Struktur U(IV)CNNU(IV).

Die Kombination aus Röntgenkristallographie, spektroskopischen Analysen, magnetischen Messungen und quantenchemischen Berechnungen zeigte, dass die Uran-Kohlenstoff-Verbindung am besten als Fischer-Typ-Carbin-Bindung beschrieben werden kann. Eine Einkristall-Röntgenbeugungsanalyse ergibt einen Uran-Carbin-Abstand von 2.379(15) Å. Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen, kombiniert mit einer experimentellen Quantenkristallographie (Hirshfeld-Atomverfeinerung), zeigen, dass die Bindung aus einer Zwei-Elektronen-σ-Donierung (C→U), zwei schwachen Zwei-Elektronen-π-Donierungen (C→U) und zwei orthogonalen Ein-Elektronen-π-Rückbindungen (U→C) besteht. Gemäß dieses Bildes liegt eine Fischer-Typ-Carbin-Bindung vom -Typ vor, ein Bindungsmotiv, das in der Chemie der f-Elemente äußerst selten anzutreffen ist.

Durch den gezielten Einsatz von Ph₃PCN₂ zum Zugang zu dieser ungewöhnlichen Verknüpfung liefert die Studie ein detailliertes experimentelles und theoretisches Bild davon, wie Uran Mehrfachbindungen aufweisen kann, die sich grundlegend von denen der Übergangsmetalle unterscheiden. Übergeordnet zeigt die Arbeit, dass die strategische Ent­wick­lung neuer Atom- und Fragment-Reagenzien experimentell zugängliche Wege zu grundlegend anderen Bindungsmustern in der f-Element-Chemie eröffnen kann und damit neue Entdeckungen in diesem Forschungsfeld ermöglicht.

J. A. Seed, J.-K. Yu, F. Meurer, A. Brookfield, F. Tuna, A. J. Wooles, M. Bodensteiner*, M. M. Hansmann*, S. T. Liddle*
A crystalline uranium Fischer-type carbyne
Nat. Chem. 2026

Arbeitgruppe Prof. Hansmann

 

 

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