新たな重金属分子「バーケロセン」を発見 (Scientists Discover New Heavy Metal Molecule ‘Berkelocene’)

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2025-03-11 バークレー研究所

ローレンス・バークレー国立研究所(Berkeley Lab)の研究チームは、重元素バークリウムを含む初の有機金属分子「バーケロセン」を発見しました。 有機金属分子は、金属イオンが炭素を主体とした構造に囲まれたもので、初期のアクチノイド元素(例えばウラン)では一般的ですが、後期のアクチノイド元素であるバークリウム(原子番号97)ではほとんど知られていませんでした。この発見は、バークリウムと炭素の間に化学結合が形成されることを初めて示し、周期表内でのバークリウムや他のアクチノイドの振る舞いに関する新たな理解を提供します。バークリウムは高い放射能を持ち、世界的にも年間ごく微量しか生産されないため、研究が困難でした。しかし、研究チームは特別に設計されたグローブボックスを用いて、0.3ミリグラムのバークリウム-249を使用し、単結晶X線回折実験を成功させました。この成果は、アクチノイド元素の化学に関する長年の理論を覆すものであり、重元素化学の新たな地平を切り開くものと期待されています。

<関連情報>

4価のバーケロセンにおけるバークリウム-炭素結合 Berkelium–carbon bonding in a tetravalent berkelocene

Dominic R. Russo, Alyssa N. Gaiser, Amy N. Price, Dumitru-Claudiu Sergentu, […], and Stefan G. Minasian
Science  Published:27 Feb 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/science.adr3346

新たな重金属分子「バーケロセン」を発見 (Scientists Discover New Heavy Metal Molecule ‘Berkelocene’)

Editor’s summary

Elucidating the structure of ferrocene, an iron ion sandwiched between two carbon rings, was foundational to the theory and practice of organometallic chemistry. In the ensuing decades, numerous analogous metal sandwich compounds have been prepared and applied. Russo et al. now extend the motif to berkelium, a radioactive element heavier than uranium. Their experiments required rapid synthesis and characterization on a submilligram scale to compensate for the ongoing decay. Spectroscopic and theoretical analysis supported covalent interactions between the cyclic ligands and f orbitals of the metal. —Jake S. Yeston

Abstract

Interest in actinide–carbon bonds has persisted since actinide organometallics were first investigated for applications in isotope separation during the Manhattan Project. Transplutonium organometallics are rarely isolated and structurally characterized, likely owing to limited isotope inventories, a scarcity of suitable laboratory infrastructure, and intrinsic difficulties with the anaerobic conditions required. Herein, we report the discovery of an organometallic “berkelocene” complex prepared from 0.3 milligrams of berkelium-249. Single-crystal x-ray diffraction shows a tetravalent berkelium ion between two substituted cyclooctatetraene ligands, resulting in the formation of berkelium–carbon bonds. The coordination in berkelocene resembles that of uranocene, and calculations show that the berkelium 5f orbitals engage in covalent overlap with the δ-symmetry orbitals of the cyclooctatetraenide ligand π system. Charge transfer from the ligands is diminished relative to uranocene and other actinocenes, which maximizes contributions from the stable, half-filled 5f7 configuration of tetravalent berkelium.

1701物理及び化学
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