Poprvé pozorované vazby uhlíku pouze s jedním elektronem: revoluční objev pro učebnice
Poprvé pozorované vazby uhlíku pouze s jedním elektronem: revoluční objev pro učebnice
Believe chemist Bindings, so -called covalent bonds, arise when atoms divide one or more electron páry. Nyní vědci provedli první pozorování jednoduchých kovalentních vazeb mezi dvěma atomy uhlíku.
Toto neobvyklé vazebné chování již bylo pozorováno mezi některými jinými atomy, ale vědci jsou obzvláště nadšení, když ho vidí v uhlíku. Uhlík je základní součástí života na Zemi a důležitou součástí průmyslových chemikálií, včetně léků, plastů, cukru a bílkovin. Objev byl publikován 25. září v časopise Nature 1 .
"Kovalentní vazba je jedním z nejdůležitějších konceptů v chemii a objev nových typů chemických vazeb má velký potenciál rozšířit komplexní oblasti chemické vědy," říká chemik Takuya Shimajiri z Tokijské univerzity, který byl součástí výzkumného týmu pro vazbu uhlíku.
Většina chemických vazeb v molekulách se skládá z jediného dvojice elektronů, které jsou sdíleny mezi atomy. Tomu se říká kovalentní jednoduché vazby. V obzvláště silných vazbách mohly atomy sdílet dva páry elektronů v dvojné vazbě nebo třech párech v trojité vazbě. Chemici však vědí, že atomy interagují u mnoha jiných druhů a doufají, že lépe pochopí, co je chemická vazba studiem neobvyklých typů vazeb na okraji možných
Paulingův návrh
Koncept jednoduchých elektronových kovalentních vazeb se vrací zpět do roku 1931, kdy to navrhl chemik Linus Pauling. V té době však chemici neměli nástroje k pozorování takových dluhopisů, říká Marc-Etienne Moret, chemik na University of Utrecht v Nizozemsku. Tyto vazby je obtížné pozorovat i u moderních analytických technik. „Situace, ve které pouze jeden elektronový tvoří vazbu, je velmi nestabilní,“ vysvětluje Moret. "To znamená, že vazba se může snadno rozbít a má silnou tendenci emitovat nebo zachytit elektron k obnovení přímého počtu elektronů."
V roce 1998 vědci 2 Jednoduchá elektronová vazba mezi dvěma atomy fosforu; Moret byl součástí skupiny, která 3 2013 vytvořil vazbu mezi mědi a borou. Chemici teoretizovali, že tyto neobvyklé vazby by se mohly objevit v krátkých mezilehlých strukturách, které se objevují během chemických reakcí. Aby však tyto náladové vazby pozorovaly, musí chemici stabilizovat spojení, které je obsahuje. Stabilní spojení, které obsahuje jednoduchou vazbu Electron C-C, dosud uteklo chemiky.
Shimajiri říká, že klíčem k pozorování jednoduché vazby na elektronové uhlík byl pečlivý návrh molekuly, která by ji stabilizovala. Výzkumný tým, ke kterému patřil chemik Yusuke Ishigaki z Hokkaido University, vytvořil molekulu, která poskytuje stabilní „skořápku“ z připojených uhlíkových prstenů, které drží vazbu uhlíku v jeho středu. Tato centrální vazba je natažena na relativně dlouhou délku pro vazbu C-C, což způsobuje, že je zranitelné ztratit elektroron v oxidační reakci a generovat volitelnou jednoduchou elektronovou vazbu.
stabilní vazba
Za účelem pochopení tohoto spojení ve stabilní, pozorovatelné podobě krystalizovaly. Pokud je oxidace prováděna v přítomnosti jodu, reakce poskytuje fialovou sůl, přičemž stabilní skořepina molekuly drží uvnitř jednoduché vazby elektronů C-C dohromady. Poté použili různé analytické techniky k charakterizaci molekuly a vazby. Shimajiri poznamenává, že spojení je za každodenních podmínek extrémně stabilní.
"V několika chemických reakcích byla navržena účast jednoduchých elektronových vazeb, ale zatím zůstala hypotetická," říká Shimajiri. Vytvoření stabilních spojení, která obsahují tyto vazby, by mohlo vědcům pomoci lépe porozumět tomu, co se během těchto reakcí děje.
Guy Bertrand, chemik na Kalifornské univerzitě v Santa Barbara, byl součástí týmu, který vytvořil jednoduchou elektronovou vazbu ve fosforu. Říká, že je důležité to vidět v uhlíku. „Pokaždé, když uděláte něco s uhlíkem, má to větší dopad než s jakýmkoli jiným prvkem,“ vysvětluje. Shimajiri doufá, že popis jednoduché vazby elektronového uhlíku pomůže chemikům lépe porozumět základní povaze chemických vazeb. "Chceme objasnit, co je kovalentní vazba - přesněji, v tomto okamžiku je vazba kvalifikována jako kovalentní a v jakém okamžiku."
-
shimajiri, T. et al. Nature https://doi.org/10.1038/S41586-024-07965-1 (2024).
-
canac, y. et al. Science 279, 2080–2082 (1998).
-
moret, m.-e. et al. J. Am. Chem. Soc. 135, 3792–3795 (2013).