Se observa por primera vez el enlace de carbono con un solo electrón: un descubrimiento revolucionario para los libros de texto

Se observa por primera vez el enlace de carbono con un solo electrón: un descubrimiento revolucionario para los libros de texto

Creyendo desde hace más de un siglo químico, que los enlaces atómicos fuertes, llamados enlaces covalentes, se forman cuando los átomos comparten uno o más pares de electrones. Ahora los investigadores han realizado las primeras observaciones de enlaces covalentes de un solo electrón entre dos átomos de carbono.

Este comportamiento de enlace inusual se ha observado entre varios otros átomos, pero los científicos están particularmente entusiasmados de verlo con el carbono. El carbono es el elemento fundamental de la vida en la Tierra y un componente importante de los productos químicos industriales, incluidos los productos farmacéuticos, los plásticos, los azúcares y las proteínas. El descubrimiento fue publicado el 25 de septiembre en la revista.Naturalezapublicado 1.

"El enlace covalente es uno de los conceptos más importantes de la química, y el descubrimiento de nuevos tipos de enlaces químicos tiene un gran potencial para expandir amplias áreas de la ciencia química", dice el químico Takuya Shimajiri de la Universidad de Tokio, que formó parte del equipo de investigación sobre enlaces de carbono.

La mayoría de los enlaces químicos en las moléculas constan de un par solitario de electrones compartidos entre átomos. Estos se llaman enlaces simples covalentes. En enlaces particularmente fuertes, los átomos pueden compartir dos pares de electrones en un doble enlace o tres pares en un triple enlace. Pero los químicos saben que los átomos interactúan de muchas otras maneras y esperan comprender mejor qué es un enlace químico mediante el estudio de tipos de enlaces inusuales al borde de lo posible.

La sugerencia de Pauling

El concepto de enlaces covalentes de un solo electrón se remonta a 1931, cuando lo propuso el químico Linus Pauling. Pero en aquel momento, los químicos no tenían las herramientas para observar esos enlaces, dice Marc-Etienne Moret, químico de la Universidad de Utrecht en los Países Bajos. Incluso con técnicas analíticas modernas, estos vínculos son difíciles de observar. “La situación en la que sólo un electrón forma un enlace es muy inestable”, explica Moret. "Esto significa que el enlace puede romperse fácilmente y tiene una fuerte tendencia a perder un electrón o capturarlo para restaurar un número par de electrones".

En 1998, los científicos observaron 2 un enlace de un solo electrón entre dos átomos de fósforo; Moret era parte de un grupo que 3 En 2013 se creó un vínculo entre el cobre y el boro. Los químicos han teorizado que estos enlaces inusuales podrían ocurrir potencialmente en estructuras intermedias de vida corta que aparecen durante reacciones químicas. Pero para observar estos enlaces caprichosos, los químicos deben estabilizar un compuesto que los contenga. Hasta ahora, los químicos habían eludido un compuesto estable que contenía un enlace C-C de un solo electrón.

Shimajiri dice que la clave para observar el enlace de carbono de un solo electrón fue el diseño cuidadoso de una molécula que lo estabilizara. El equipo de investigación, que incluía al químico Yusuke Ishigaki de la Universidad de Hokkaido, creó una molécula que proporciona una "capa" estable de anillos de carbono unidos que mantiene unido el enlace carbono-carbono en su centro. Este enlace central se estira hasta una longitud relativamente larga para un enlace C-C, lo que lo hace propenso a perder un electrón en una reacción de oxidación y crear el esquivo enlace de un solo electrón.

Encuadernación estable

Para capturar este compuesto en una forma estable y observable, lo cristalizaron. Cuando la oxidación se lleva a cabo en presencia de yodo, la reacción produce una sal de color púrpura, con la capa estable de la molécula manteniendo unido el enlace C-C de un solo electrón en su interior. Luego utilizaron diversas técnicas analíticas para caracterizar la molécula y el enlace. Shimajiri señala que la conexión es extremadamente estable en las condiciones cotidianas.

"Se ha propuesto la participación de enlaces de un solo electrón en varias reacciones químicas, pero hasta ahora siguen siendo hipotéticas", dice Shimajiri. La creación de compuestos estables que contengan estos enlaces podría ayudar a los investigadores a comprender mejor lo que sucede durante estas reacciones.

Guy Bertrand, químico de la Universidad de California en Santa Bárbara, formó parte del equipo que creó el enlace de un solo electrón en el fósforo. Dice que es importante ver esto con el carbono. "Cada vez que se hace algo con el carbono, tiene un impacto mayor que cualquier otro elemento", explica. El carbono es el elemento de la química orgánica.. Pero dice que no es tan fácil decir si este trabajo tendrá aplicaciones. "Es una curiosidad", dice. "Pero estará en los libros de texto".

Shimajiri espera que describir el enlace de carbono de un solo electrón ayude a los químicos a comprender mejor la naturaleza fundamental de los enlaces químicos. "Queremos aclarar qué es un enlace covalente; más específicamente, en qué punto un enlace califica como covalente y en qué punto no".

1. Shimajiri, T. y col. Naturaleza https://doi.org/10.1038/s41586-024-07965-1 (2024).

   
   Google Académico

2. Canac, Y. et al. Ciencia 279, 2080-2082 (1998).

   
   Google Académico

3. Moret, M.-E. et al. Atasco. Química. Soc. 135, 3792–3795 (2013).

   
   Google Académico

Descargar referencias