Esmakordselt täheldati süsiniku sidumist ainult ühe elektroniga: õpikute revolutsiooniline avastus
Esmakordselt täheldati süsiniku sidumist ainult ühe elektroniga: õpikute revolutsiooniline avastus
uskuge Chest Bindings, nii et kui ka Electrics divide, siis paarid. Nüüd on teadlased teinud esimesed vaatlused lihtsate elektronkovalentsete sidemete kohta kahe süsinikuaatomi vahel.
Seda ebaharilikku sidumiskäitumist on juba täheldatud mõne muu aatomi vahel, kuid teadlased on seda eriti entusiastlikud, et seda süsinikuna näha. Süsinik on elu põhikomponent Maa peal ja oluline osa tööstuskemikaalidest, sealhulgas ravimid, plast, suhkru ja valke. Avastus avaldati 25. septembril ajakirjas loodus 1 .
"Kovalentne seondumine on keemia üks olulisemaid mõisteid ja uut tüüpi keemiliste sidemete avastamisel on suur potentsiaal laiendada keemiateaduse põhjalikke valdkondi," ütleb keemik Takuya Shimajiri Tokyo ülikoolist, mis kuulus süsiniku sidumise uurimisrühma.
Enamik molekulide keemilisi sidemeid koosneb ühest elektronipaarist, mida jagatakse aatomite vahel. Seda nimetatakse kovalentseteks lihtsateks sidemeteks. Eriti tugevates sidemetes võiksid aatomid jagada kahte elektronipaari kahesuunalises või kolm paari kolmekordses sidemes. Kuid keemikud teavad, et aatomid interakteeruvad paljudes teistes liikides ja nad loodavad paremini mõista, mis on keemiline side, uurides ebaharilikke sidumistüüpe võimaliku servas
Paulingi soovitus
Lihtsate elektronkovalentsete sidemete kontseptsioon ulatub tagasi 1931. aastasse, kui keemik Linus Pauling seda soovitas. Omal ajal polnud keemikutel selliste sidemete jälgimiseks vahendeid, ütles Hollandi Utrechti ülikooli keemikus Marc-Etienne Moret. Neid sidemeid on keeruline jälgida isegi tänapäevaste analüüside tehnikate abil. "Olukord, kus ainult üks elektron moodustab sideme, on väga ebastabiilne," selgitab Moret. "See tähendab, et seondumine võib kergesti puruneda ja sellel on tugev kalduvus elektroni eraldada või hõivata sirge arvu elektronide taastamiseks."
1998. aastal on teadlased 2 Lihtne elektronsideme kahe fosfori aatomi vahel; Moret oli osa rühmast, et 3 2013 tegi sideme vase ja boori vahel. Keemikud on teoreetiliselt teinud, et need ebaharilikud sidemed võivad ilmneda lühikese elueaga vahekonstruktsioonides, mis ilmnevad keemiliste reaktsioonide ajal. Kuid nende tujukate sidemete jälgimiseks peavad keemikud stabiliseerima neid sisaldava ühenduse. Stabiilne ühendus, mis sisaldab lihtsat elektroni C-C-sidet, on seni pääsenud keemikutest.
Shimajiri ütleb, et lihtsa elektroni süsiniku sidumise jälgimise võti oli molekuli hoolikas disain, mis seda stabiliseeriks. Uurimisrühm, kuhu kuulus Hokkaido ülikoolist pärit keemik Yusuke Ishigaki, lõi molekuli, mis annab ühendatud süsinikrõngastest stabiilse “kesta”, mis hoiab süsinik-süsiniku seondumist oma keskel. See tsentraalne seondumine on C-C sideme suhteliselt pikk pikkuseks, mis muudab haavatavaks oksüdatsioonireaktsioonis elektroni kaotamise ja valikava lihtsa elektronsideme genereerimiseks.
stabiilne seondumine
Selle ühenduse mõistmiseks stabiilsel, jälgitaval kujul nad kristalliseerusid. Kui oksüdeerumine toimub joodi juuresolekul, annab reaktsioon violetse soola, kusjuures molekuli stabiilne kest hoiab lihtsa elektroni C-C-sideme seest. Seejärel kasutasid nad molekuli ja sideme iseloomustamiseks erinevaid analüüsitehnikaid. Shimajiri märgib, et ühendus on igapäevastes tingimustes äärmiselt stabiilne.
"Mitmes keemilises reaktsioonis on välja pakutud lihtsate elektronsidemete osalemine, kuid seni on need jäänud hüpoteetiliseks," ütleb Shimajiri. Neid sidemeid sisaldavate stabiilsete ühenduste loomine võib aidata teadlastel paremini mõista, mis nende reaktsioonide ajal juhtub.
Guy Bertrand, Santa Barbara California ülikooli keemik, kuulus meeskonda, kes tegi fosforis lihtsa elektronsideme. Ta ütleb, et on oluline näha seda süsinikuna. "Iga kord, kui teete midagi süsinikuga, on sellel suurem mõju kui ühegi teise elemendi puhul," selgitab ta. Nature.com/subjects/organic-chemistry" Data-Track = "klõpsake" data-label = "https: //www.subles/orgaanic-hemistry" Data-Track-category = "Keha tekst on keemiline", kuid ta väidab, et see pole nii lihtne. "Kuid see on õpikutes."
Shimajiri loodab, et lihtsa elektroni süsiniku sidumise kirjeldus aitab keemikutel paremini mõista keemiliste sidemete põhilist olemust. "Tahame selgitada, mis on kovalentne side - täpsemalt, sel hetkel on võlakiri kvalifitseeritud kovalentseks ja mis hetkel."
-
Shimajiri, T. et al. Loodus 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).