Ensimmäistä kertaa havaittiin hiilen sitoutumista vain yhdellä elektronilla: vallankumouksellinen löytö oppikirjoista

Ensimmäistä kertaa havaittiin hiilen sitoutumista vain yhdellä elektronilla: vallankumouksellinen löytö oppikirjoista

Usko kemisti sidokset, niin-called covalent -sidokset, ARE ICE -sovellus. parit. Nyt tutkijat ovat tehneet ensimmäiset havainnot yksinkertaisista elektronien kovalenttisista sidoksista kahden hiiliatomin välillä.

Tämä epätavallinen sitoutumiskäyttäytyminen on jo havaittu joidenkin muiden atomien välillä, mutta tutkijat ovat erityisen innostuneita näkemään sen hiilessä. Hiili on elämän peruskomponentti maan päällä ja tärkeä osa teollisuuskemikaaleja, mukaan lukien lääkkeet, muovit, sokeri ja proteiinit. Löytö julkaistiin 25. syyskuuta lehdessä Nature 1 .

"Kovalenttinen sitoutuminen on yksi kemian tärkeimmistä käsitteistä, ja uuden tyyppisten kemiallisten sidosten löytämisellä on suuri potentiaali laajentaa kemian tieteen kattavia alueita", sanoo kemisti Takuya Shimajiri Tokion yliopistosta, joka oli osa hiilen sitoutumisen tutkimusryhmää.

Useimmat molekyylien kemialliset sidokset koostuvat yhdestä elektroniparista, jotka jaetaan atomien kesken. Tätä kutsutaan kovalenttiseksi yksinkertaiseksi sidoksi. Erityisen vahvoissa siteissä atomit voisivat jakaa kaksi elektroniparia kaksoissidoksella tai kolme paria kolminkertaisessa sidoksessa. Kemistit tietävät kuitenkin, että atomit ovat vuorovaikutuksessa monissa muissa lajeissa, ja he toivovat ymmärtävän paremmin kemiallisen sidoksen tutkimalla epätavallisia sitoutumistyyppejä mahdollisessa reunalla

Paulingin ehdotus

Yksinkertaisten elektronien kovalenttisten sidosten käsite juontaa juurensa vuoteen 1931, kun kemisti Linus Pauling ehdotti sitä. Tuolloin kemisteillä ei kuitenkaan ollut työkaluja tällaisten sidosten tarkkailuun, sanoo Alankomaiden Utrechtin yliopiston kemisti Marc-Etienne Moret. Näitä siteitä on vaikea havaita jopa nykyaikaisten analyysitekniikoiden kanssa. "Tilanne, jossa vain yksi elektroni muodostaa sidoksen, on erittäin epävakaa", Moret selittää. "Tämä tarkoittaa, että sidonta voi helposti rikkoa ja sillä on voimakas taipumus joko säteilemään tai vangita elektronia suoran määrän elektronien palauttamiseksi."

Vuonna 1998 tutkijat 2 Yksinkertainen elektronisidos kahden fosforiatomin välillä; Moret oli osa ryhmää, joka 3 2013 teki sidoksen kuparin ja boorin välillä. Kemistit ovat teoreettisia, että nämä epätavalliset siteet voisivat mahdollisesti esiintyä lyhytaikaisissa välirakenteissa, jotka ilmestyvät kemiallisten reaktioiden aikana. Mutta näiden tunnelmallisten sidosten tarkkailemiseksi kemistien on vakauduttava ne, jotka sisältävät ne. Vakaa liitäntä, joka sisältää yksinkertaisen elektronin C-C-sidoksen, on toistaiseksi päässyt kemisteihin.

Shimajiri sanoo, että avain yksinkertaisen elektronihiilen sitoutumisen tarkkailuun oli molekyylin huolellinen suunnittelu, joka stabiloi sitä. Tutkimusryhmä, johon kemisti Yusuke Ishigaki Hokkaidon yliopistosta kuului, loi molekyylin, joka tarjoaa stabiilin ”kuoren” kytkettyistä hiilirenkaista, jotka pitävät hiilihiilin sitoutumisen keskustassaan. Tämä keskeinen sitoutuminen on venytetty suhteellisen pitkäksi C-C-sidolle, mikä tekee siitä haavoittuvan kadottaa elektroni hapettumisreaktiossa ja valinnaisen yksinkertaisen elektronisidoksen tuottamisen tuottamiseksi.

vakaa sitoutuminen

Tämän yhteyden tarttumiseksi vakaassa, havaittavissa olevassa muodossa ne kiteytyivät. Jos hapettuminen suoritetaan jodin läsnä ollessa, reaktio tarjoaa violettisen suolan, jossa molekyylin stabiili kuori pitää yksinkertaisen elektronin C-C-sidoksen yhdessä. Sitten he käyttivät erilaisia ​​analyysitekniikoita molekyylin ja sidoksen karakterisoimiseksi. Shimajiri toteaa, että yhteys on erittäin vakaa arjen olosuhteissa.

"Useissa kemiallisissa reaktioissa on ehdotettu yksinkertaisten elektronisidosten osallistumista, mutta toistaiseksi ne ovat pysyneet hypoteettisina", Shimajiri sanoo. Näitä sidoksia sisältävien vakaiden yhteyksien luominen voisi auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin, mitä näiden reaktioiden aikana tapahtuu.

Guy Bertrand, Santa Barbaran Kalifornian yliopiston kemisti, oli osa joukkuetta, joka teki fosforin yksinkertaisen elektronisidoksen. Hänen mukaansa on tärkeää nähdä tämä hiilessä. "Joka kerta kun teet jotain hiilen kanssa, tällä on suurempi vaikutus kuin millään muulla elementillä", hän selittää. Shimajiri toivoo, että yksinkertaisen elektronihiilen sitoutumisen kuvaus auttaa kemistit ymmärtämään paremmin kemiallisten sidosten perusluontaa. "Haluamme selventää, mikä kovalenttinen sidos on - tarkemmin sanottuna, jolloin sidos on pätevä kovalenttina ja missä vaiheessa."

Ra

Shimajiri, T. et ai. Luonto https://doi.org/10.1038/S41586-024-07965-1 (2024).

Ra

canac, y. et ai. Science 279, 2080–2082 (1998).

Ra

Moret, M.-E. et ai. J. Am. Kem. Soc. 135, 3792–3795 (2013).

Lataa viitteet