Ein Ring aus drei Bismutatomen ist der bislang schwerste chemische Verwandte des Benzolrings. Seine Eigenschaften zeigen, dass er aromatisch ist, also von einem gleichmäßig über den Ring verteilten Elektronensystem stabilisiert wird. Solche Moleküle, von denen Benzol das bekannteste ist, sind grundlegend für die organische Chemie; ob auch anorganische Strukturen aromatisch sein können, ist bisher umstritten. Wie nun ein internationales Team um Junru Ding von der Zhengzhou University in China berichtet, ist der Dreiring aus Metall sehr symmetrisch und zeigt einen Ringstrom, der durch die frei durch den Ring beweglichen Elektronen entsteht. In der jetzt in der Fachzeitschrift »Nature Chemistry« veröffentlichten Studie kommen die Fachleute deswegen zu dem Schluss, dass reine Metallcluster tatsächlich aromatisch sein können.

Damit ein Molekül aromatisch sein kann, muss sich eine bestimmte Anzahl von Bindungselektronen verschiedener Atome zusammentun und sich in einem gemeinsamen Quantenzustand, einem Orbital, über den Ring verteilen. Das funktioniert nur, wenn dies genau 4n + 2 Elektronen sind, also zwei, sechs, zehn et cetera. Bei dem Ring aus drei Bismutatomen gehören zu dem verteilten System sechs Elektronen, ebenso wie beim Benzol. Laut magnetischen Messungen und Computersimulationen ist auch der Ringstrom vergleichbar stark. Anders als Benzol kann der Bismutring jedoch nicht von allein entstehen. Die Fachleute um Ding erzeugten ihn eingebettet zwischen zwei Uranatomen, welche die Anordnung stabilisieren und ihrerseits durch weitere Molekülteile gebunden sind.

Ein anderer fundamentaler Unterschied zu Benzol und weiteren organischen Molekülen ist, dass ein anderer Typ von Bindungselektronen beteiligt ist. In Benzol sind es p-Elektronen, die sich überwiegend weiter entfernt vom Kern aufhalten und darum Bindungen oberhalb und unterhalb der Verbindungslinie zweier gebundener Atome – und damit außerhalb der Ringebene – bilden. Beim Bismut hingegen, das legen Computersimulationen nahe, sind hauptsächlich s-Elektronen beteiligt, die sich in der Ebene des Rings aufhalten. Solche Systeme wurden bereits in anderen metallhaltigen Molekülen beobachtet und verhalten sich energetisch und magnetisch etwas anders als klassische Aromaten.

Damit setzt der Bismut-Dreiring einen Trend fort, der in der Forschung zu anhaltenden Diskussionen über die Bedeutung des Begriffs »aromatisch« geführt hat. Während das Konzept ursprünglich Moleküle bezeichnete, die dem Benzol ähneln, umfasst es heute eine große Bandbreite von Stoffen mit zyklischen, gleichmäßig über mehrere Bindungen verteilten Elektronensystemen. Dadurch gibt es nach Ansicht vieler Fachleute keine eindeutigen Kriterien dafür, welche Stoffe aromatisch sind und welche nicht. Versuche, die Definition aromatischer Moleküle zu vereinheitlichen, sind in der Vergangenheit immer wieder gescheitert – ein wenig zufriedenstellender Zustand bei einem Begriff, der so fundamental für die Chemie ist. Der neue, exotische Metallring verdeutlicht dieses Problem nochmals, bietet aber auch einen einzigartigen Einblick in das Verhalten chemischer Bindungen in ungewöhnlichen Molekülen mit sehr schweren Atomen.