Για πρώτη φορά παρατηρήθηκε δέσμευση άνθρακα με μόνο ένα ηλεκτρόνιο: Επαναστατική ανακάλυψη για εγχειρίδια
Για πρώτη φορά παρατηρήθηκε δέσμευση άνθρακα με μόνο ένα ηλεκτρόνιο: Επαναστατική ανακάλυψη για εγχειρίδια
Πιστεύετε chemist ζεύγη ηλεκτρονίων. Τώρα οι ερευνητές έχουν κάνει τις πρώτες παρατηρήσεις απλών ομοιοπολικών δεσμών ηλεκτρονίων μεταξύ δύο ατόμων άνθρακα.
Αυτή η ασυνήθιστη συμπεριφορά δέσμευσης έχει ήδη παρατηρηθεί μεταξύ ορισμένων άλλων ατόμων, αλλά οι επιστήμονες είναι ιδιαίτερα ενθουσιώδεις για να το δουν σε άνθρακα. Ο άνθρακας είναι το βασικό συστατικό της ζωής στη γη και ένα σημαντικό μέρος των βιομηχανικών χημικών ουσιών, συμπεριλαμβανομένων των φαρμάκων, των πλαστικών, της ζάχαρης και των πρωτεϊνών. Η ανακάλυψη δημοσιεύθηκε στις 25 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό Nature "Η ομοιοπολική δέσμευση είναι μία από τις σημαντικότερες έννοιες στη χημεία και η ανακάλυψη νέων τύπων χημικών δεσμών έχει μεγάλες δυνατότητες να επεκτείνει τις ολοκληρωμένες περιοχές της χημικής επιστήμης", λέει ο χημικός Takuya Shimajiri από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο, η οποία ήταν μέρος της ερευνητικής ομάδας για δέσμευση άνθρακα.
Οι περισσότεροι χημικοί δεσμοί σε μόρια αποτελούνται από ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων που μοιράζονται μεταξύ των ατόμων. Αυτό ονομάζεται ομοιοπολικά απλά ομόλογα. Σε ιδιαίτερα ισχυρούς δεσμούς, τα άτομα θα μπορούσαν να μοιράζονται δύο ζεύγη ηλεκτρονίων σε διπλό δεσμό ή τρία ζευγάρια σε τριπλό δεσμό. Ωστόσο, οι χημικοί γνωρίζουν ότι τα άτομα αλληλεπιδρούν σε πολλά άλλα είδη και ελπίζουν να κατανοήσουν καλύτερα τι είναι ένας χημικός δεσμός με τη μελέτη ασυνήθιστων τύπων δέσμευσης στην άκρη του πιθανού
Πρόταση Pauling
Η έννοια των απλών ομοιοπολικών δεσμών ηλεκτρονίων πηγαίνει πίσω στο 1931 όταν το πρότεινε ο χημικός Linus Pauling. Την εποχή εκείνη, οι χημικοί δεν είχαν τα εργαλεία για να παρατηρήσουν τέτοιους δεσμούς, λέει ο Marc-Etienne Moret, χημικός στο Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης στις Κάτω Χώρες. Αυτοί οι δεσμοί είναι δύσκολο να παρατηρηθούν ακόμη και με τις σύγχρονες τεχνικές ανάλυσης. "Η κατάσταση στην οποία μόνο ένα ηλεκτρόνιο σχηματίζει έναν δεσμό είναι πολύ ασταθής", εξηγεί ο Moret. "Αυτό σημαίνει ότι η δέσμευση μπορεί εύκολα να σπάσει και έχει έντονη τάση είτε να εκπέμπει είτε να καταγράψει ένα ηλεκτρόνιο για να αποκαταστήσει έναν ευθεία αριθμό ηλεκτρονίων".
Το 1998, οι επιστήμονες 2 Το Moret ήταν μέρος μιας ομάδας που
Το Shimajiri λέει ότι το κλειδί για την παρατήρηση της απλής δέσμευσης άνθρακα ηλεκτρονίων ήταν ο προσεκτικός σχεδιασμός ενός μορίου που θα το σταθεροποιούσε. Η ερευνητική ομάδα, στην οποία ανήκε ο χημικός Yusuke Ishigaki από το πανεπιστήμιο του Hokkaido, δημιούργησε ένα μόριο που παρέχει ένα σταθερό "κέλυφος" από συνδεδεμένους δακτυλίους άνθρακα που συγκρατούν τη δέσμευση άνθρακα-άνθρακα μαζί στο κέντρο του. Αυτή η κεντρική δέσμευση τεντώνεται σε ένα σχετικά μεγάλο μήκος για έναν δεσμό C-C, γεγονός που καθιστά ευάλωτο να χάσει ένα ηλεκτρόνιο σε μια αντίδραση οξείδωσης και να δημιουργήσει τον εκλεκτικό απλό δεσμό ηλεκτρονίων. Προκειμένου να κατανοηθεί αυτή η σύνδεση σε μια σταθερή, παρατηρήσιμη μορφή, κρυσταλλώθηκαν. Εάν η οξείδωση διεξάγεται παρουσία ιωδίου, η αντίδραση παρέχει ένα ιώδες άλας, όπου το σταθερό κέλυφος του μορίου συγκρατεί τον απλό δεσμό ηλεκτρονίων C-C μαζί μέσα. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν διάφορες τεχνικές ανάλυσης για να χαρακτηρίσουν το μόριο και τον δεσμό. Ο Shimajiri σημειώνει ότι η σύνδεση είναι εξαιρετικά σταθερή υπό καθημερινές συνθήκες. "Σε αρκετές χημικές αντιδράσεις, έχει προταθεί η συμμετοχή απλών δεσμών ηλεκτρονίων, αλλά μέχρι στιγμής παρέμειναν υποθετικοί", λέει ο Shimajiri. Η δημιουργία σταθερών συνδέσεων που περιέχουν αυτούς τους δεσμούς θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια αυτών των αντιδράσεων. Ο Guy Bertrand, χημικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα, ήταν μέλος της ομάδας που έκανε τον απλό δεσμό ηλεκτρονίων στο φωσφόρο. Λέει ότι είναι σημαντικό να το δούμε σε άνθρακα. «Κάθε φορά που κάνεις κάτι με άνθρακα, αυτό έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο από ό, τι με οποιοδήποτε άλλο στοιχείο», εξηγεί.
Shimajiri ελπίζει ότι η περιγραφή της απλής δέσμευσης άνθρακα ηλεκτρονίων θα βοηθήσει τους χημικούς να κατανοήσουν καλύτερα τη βασική φύση των χημικών δεσμών. "Θέλουμε να διευκρινίσουμε τι είναι ένας ομοιοπολικός δεσμός - πιο συγκεκριμένα, οπότε ένας δεσμός είναι κατάλληλος ως ομοιοπολικός και σε ποιο σημείο". shimajiri, Τ. et al. Nature https://doi.org/10.1038/S41586-024-07965-1 (2024). canac, y. et αϊ. Science 279, 2080-2082 (1998). Σταθερή δέσμευση
moret, m.-e. et αϊ. J. Am. Chem. Soc. 135, 3792-3795 (2013).