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CHEMIENOBELPREIS 1973: ERNST OTTO FISCHER — GEOFFREY WILKINSON

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Chemienobelpreis 1973: Ernst Otto Fischer — Geoffrey Wilkinson
 
Die beiden Chemiker erhielten den Nobelpreis für ihre Pionierleistungen über die Chemie der metallorganischen so genannten Sandwichverbindungen.
 
 Biografien
 
Ernst Otto Fischer, * Solln (München) 10. 11. 1918; 1941-49 Chemiestudium mit kriegsbedingter Unterbrechung an der Technischen Hochschule in München, 1952 Promotion, 1957 Professor an der Universität in München, 1959 Alfred Stock Gedenkpreis.
 
Sir (seit 1976) Geoffrey Wilkinson, * Springside (West Yorkshire, Großbritannien) 14. 7. 1921, ✝ London 26.9.1996; ab 1943 Teilnahme am Atomenergieprojekt in Montreal, ab 1950 am Massachusetts Institute of Technology (Cambridge), ab 1951 Dozent an der dortigen Harvard University, ab 1956 Professor am Imperial College der University of London.
 
 Würdigung der preisgekrönten Leistung
 
Für eine klassische Sandwichverbindung benötigt man ein Atom eines so genannten Übergangmetalls und zwei Moleküle aromatischen Kohlenstoff.Die aromatischen Verbindungen sind die Brotscheiben, das Metallatom ist der Belag, der wie in einem Sandwich zwischen die beiden aromatischen Moleküle als Organometallkomplex eingebunden ist. Die aromatischen Verbindungen können ebenso wie das Metallatom variieren.
 
 Die Übergangsmetalle
 
Den Übergang zwischen der zweiten und der dritten Hauptgruppe bilden im Periodensystem der Elemente die Übergangsmetalle. Dies sind etwa 60 Prozent aller bekannten chemischen Elemente. Die Übergangsmetalle umfassen die Elemente mit den Ordnungszahlen 21 bis 30, 39 bis 48, 57 bis 80 und 89 bis 112 im Periodensystem. Es ist noch nicht gelungen, von allen Übergangsmetallen Sandwichverbindungen herzustellen. Andererseits bilden aber auch Hauptgruppenelemente technisch wichtige Organometall-Verbindungen, die aber nicht unbedingt in einer Sandwichstruktur vorliegen müssen. Das wissenschaftliche Interesse von Fischer und Wilkinson galt nicht zuletzt auch solchen Verbindungen.
 
Aromatische Verbindungen leiten ihren Namen von Aroma, Wohlgeruch, Wohlgeschmack ab. Den häufig krebserregenden aromatischen Verbindungen wie Benzol kommt tatsächlich ein charakteristischer, »würziger« und auch »wohlriechender« Geruch zu. Maßgeblich für diesen Namen ist jedoch nicht ihr Geruch, sondern die auf August Kekulé von Stradonitz zurückgehenden Überlegungen zu den chemischen Eigenschaften und zur Struktur dieser Moleküle. Dem Benzol kam die Summenformel C6H6 zu, es war also eine Verbindung aus sechs Atomen Kohlenstoff und sechs Atomen Wasserstoff. Bereits zu dieser Zeit, Ende des 19. Jahrhunderts, galt das Postulat, dass Kohlenstoff in einem Molekül immer »vierwertig« ist, also vier Bindungen mit anderen Atomen, auch Kohlenstoffatomen, eingeht. Ordnete man jedem Kohlenstoffatom ein Wasserstoffatom zu und nahm ferner an, dass jedes Kohlenstoffatom mit einem weiteren, benachbarten Kohlenstoffatom verbunden war, so ergab sich die Struktur eines aus sechs Kohlenstoffatomen bestehenden Rings. Um die »Vierwertigkeit« zu erfüllen, war es nun erforderlich anzunehmen, dass dreimal zwei Kohlenstoffatome mit einer weiteren chemischen Bindung verknüpft waren, also eine »Doppelbindung« aufwiesen. Kekulé war der Meinung, dass man die Unterscheidung, ob die Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen eins und zwei, drei und vier, fünf und sechs oder zwischen den Kohlenstoffatomen zwei und drei, vier und fünf, sechs und eins bestehen, nicht zu treffen war, da der Wechsel zwischen den beiden denkbaren Strukturen sehr rasch erfolge. Um diesen Sachverhalt auch symbolisch darzustellen, schlug er vor, statt der Angabe verschiedener denkbarer Strukturformeln des Benzols einen Kreis in den Sechserring des Benzols einzufügen als Zeichen dafür, dass sich eine augenblickliche, genaue Struktur des Moleküls unter Angabe der Lage der jeweiligen chemischen Bindungen nicht angeben ließ. Zeitlich nachfolgende Erklärungsmodelle deuteten diesen Sachverhalt in der Weise, dass sechs »delokalisierte Elektronen« eine »Elektronenwolke« bildeten. Dieses Modell erklärte zugleich, dass herkömmliche Methoden, eine chemische Reaktion an einer Kohlenstoffdoppelbindung einzuleiten, bei Molekülen vom Benzoltyp erfolglos sind. In diesem Sinne gilt seither die Bezeichnung »aromatische Verbindungen« für Moleküle solchen Typs, deren Bindungsverhältnisse aufgrund »delokalisierter Elektronen« nicht genau zu beschreiben sind. Weitere Vertreter dieser Verbindungen sind etwa Naphthalin und Anthracen, die berüchtigten Dioxine und Furane sowie Cyclopentadien (C5H5).
 
 Die Natur der chemischen Bindung
 
Ferrocen, also Dicyclopentadienyleisen, war die erste Verbindung, die als Sandwichverbindung bezeichnet wurde. Das Verdienst von Fischer und Wilkinson war es, »die Natur der chemischen Bindung« zwischen aromatischer Komponente und Metallatom der Sandwichverbindung aufzuklären. Das weit verbreitete Buch von Linus Pauling (Nobelpreis 1954; Friedensnobelpreis 1962) mit eben diesem Titel war vor allem für Wilkinson diesbezüglich eine Inspiration. Die Überlegungen von Fischer und Wilkinson waren nicht nur wegweisend hinsichtlich der theoretischen Interpretation der Bindungsverhältnisse in metallorganischen Verbindungen überhaupt, sondern auch für die Synthese zahlreicher weiterer metallorganischer Substanzen, für deren Gebrauch in der chemischen Synthese und für ihre industrielle Anwendung.
 
So haben Ferrocenverbindungen technisch für die so genannte nichtlineare Optik Bedeutung erlangt, etwa hinsichtlich der Veränderung der Frequenz von eingestrahltem Licht hoher Intensität. Andere Organometallverbindungen ohne Sandwichcharakter, namentlich solche des Siliciums (Silicone), des Zinns, des Bleis und des Aluminiums finden dann Verwendung, wenn eine hohe Reinheit des gewünschten Materials erforderlich ist. Beispiele sind Produkte der Elektronik, der Keramik, Kosmetika, aber auch Anwendungen für medizinische Zwecke oder in Bereichen der Umweltschutztechnik. Hochpolymere organometallische Verbindungen kommen als Zusatz in Schutzfarben für Schiffe zum Einsatz. Industriell kommt metallorganischen Verbindungen eine große Bedeutung als Katalysatoren in der Produktion von Polypropylen, Essigsäure, Acetaldehyd und so genannten »Oxo-Produkten« zu.
 
 Grenzüberschreitungen
 
Die Trennung zwischen anorganischer und organischer Chemie rührte bis zu der Harnstoffsynthese durch Friedrich Wöhler 1828 von der Vorstellung her, dass die so genannten organischen Verbindungen nur im lebenden Organismus beziehungsweise durch eine zum damaligen Zeitpunkt noch nicht näher erforschte Lebenskraft entstehen konnten. Wöhler jedoch konnte den Harnstoff durch das Eindampfen einer wässrigen Lösung von Ammoniumcyanat, einer anorganischen Verbindung, synthetisieren. Seither wird mit »organischer Chemie« die Chemie der Kohlenstoffverbindungen bezeichnet. Von den derzeit mehr als zehn Millionen bekannten chemischen Verbindungen sind der weitaus überwiegende Teil organisch-chemische Verbindungen. Organometallverbindungen haben die Trennung zwischen anorganischer und organischer Chemie endgültig aufgehoben. Ungeachtet dieser Grenzüberschreitungen ist eine Umgestaltung oder Neukonzeption der fachlichen Untergliederung der Chemie nicht in Sicht. Durch die Arbeiten unter anderem von Fischer und Wilkinson entstand eine neue Teildisziplin, die metallorganische Chemie.
 
N. Fuchsloch


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