For første gang observeret kulstofbinding med kun en elektron: revolutionær opdagelse for lærebøger
For første gang observeret kulstofbinding med kun en elektron: revolutionær opdagelse for lærebøger
M Elektronpar. Nu har forskere foretaget de første observationer af enkle elektroniske kovalente bindinger mellem to carbonatomer.Denne usædvanlige bindingsadfærd er allerede observeret mellem nogle andre atomer, men forskere er især begejstrede for at se den i kulstof. Carbon er den grundlæggende komponent i livet på jorden og en vigtig del af industrikemikalier, herunder medicin, plast, sukker og proteiner. Opdagelsen blev offentliggjort den 25. september i magasinet Nature 1 .
"Den kovalente binding er et af de vigtigste begreber inden for kemi, og opdagelsen af nye typer kemiske bindinger har et stort potentiale til at udvide de omfattende områder inden for kemisk videnskab," siger kemikeren Takuya Shimajiri fra University of Tokyo, som var en del af forskerteamet til kulstofbinding.
De fleste kemiske bindinger i molekyler består af et enkelt par elektroner, der deles mellem atomer. Dette kaldes kovalente enkle obligationer. I særligt stærke bånd kunne atomer dele to elektronpar i en dobbeltbinding eller tre par i en tredobbelt binding. Kemikere ved dog, at atomer interagerer i mange andre arter, og de håber bedre at forstå, hvad en kemisk binding er ved at studere usædvanlige bindingstyper i kanten af det mulige
Paulings forslag
Begrebet enkle elektronkovalente bindinger går tilbage til 1931, da kemikeren Linus Pauling foreslog det. På det tidspunkt havde kemikere imidlertid ikke værktøjerne til at observere sådanne obligationer, siger Marc-Etienne Moret, kemiker ved University of Utrecht i Holland. Disse obligationer er vanskelige at observere, selv med moderne analyseteknikker. "Situationen, hvor kun en elektron danner en obligation, er meget ustabil," forklarer Moret. "Dette betyder, at bindingen let kan bryde og har en stærk tendens til enten at udsende eller fange et elektron for at gendanne et lige antal elektroner."
I 1998 er forskere 2 En simpel elektronbinding mellem to phosphoratomer; Moret var en del af en gruppe, der 3 2013 lavede et bånd mellem kobber og bor. Kemikere har teoretiseret, at disse usædvanlige bånd muligvis kan vises kort for korte mellemliggende mellemstrukturer, der vises under kemiske reaktioner. Men for at observere disse humørige obligationer, er kemikere nødt til at stabilisere en forbindelse, der indeholder dem. En stabil forbindelse, der indeholder en simpel elektron C-C-binding, er hidtil undkommet kemikere.
Shimajiri siger, at nøglen til at observere den enkle elektroncarbonbinding var det omhyggelige design af et molekyle, der ville stabilisere den. Forskningsteamet, som kemikeren Yusuke Ishigaki fra Hokkaido University tilhørte, skabte et molekyle, der giver en stabil "skal" fra tilsluttede kulstofringe, der holder kulstof-kulstofbindingen sammen i sit centrum. Denne centrale binding strækkes til en relativt lang længde for en C-C-binding, hvilket gør det sårbart at miste et elektron i en oxidationsreaktion og til at generere den valgfri enkle elektronbinding.
stabil binding
For at forstå denne forbindelse i en stabil, observerbar form krystalliserede de. Hvis oxidationen udføres i nærvær af jod, tilvejebringer reaktionen et violet salt, hvorved den stabile skal af molekylet holder den enkle elektron-C-C-binding sammen inde. Derefter brugte de forskellige analyseteknikker til at karakterisere molekylet og bindingen. Shimajiri bemærker, at forbindelsen er ekstremt stabil under hverdagens forhold.
"I flere kemiske reaktioner er deltagelse af enkle elektronobligationer blevet foreslået, men indtil videre har de været hypotetiske," siger Shimajiri. Oprettelsen af stabile forbindelser, der indeholder disse obligationer, kan hjælpe forskere med bedre at forstå, hvad der sker under disse reaktioner.
Guy Bertrand, kemiker ved University of California i Santa Barbara, var en del af holdet, der fik den enkle elektronobligation i fosfor. Han siger, at det er vigtigt at se dette i kulstof. "Hver gang du gør noget med kulstof, har dette større indflydelse end med noget andet element," forklarer han.
Shimajiri håber, at beskrivelsen af den enkle elektroncarbonbinding vil hjælpe kemikere med bedre at forstå den grundlæggende karakter af kemiske bindinger. "Vi vil afklare, hvad en kovalent obligation er - mere præcist, på hvilket tidspunkt en obligation er kvalificeret som en kovalent og på hvilket tidspunkt." 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. Kem. Soc. 135, 3792–3795 (2013).