Prvi put je promatrano vezanje ugljika sa samo jednim elektronom: Revolucionarno otkriće za udžbenike

Prvi put je promatrano vezanje ugljika sa samo jednim elektronom: Revolucionarno otkriće za udžbenike

Vjerujte Nature.com/subjects/chemistry" data-track = "kliknite" data-label = "https://www.nature.com/subjects/chemistry" Podaci o ili više a-atista, atista, atista, a At-a> CHEMOMS-a, ĆE, a ATCONS-a, ĆE-a>, atista, atista ćals, ats ats ats ats ats ats ats ats ats atsist ćals "> kemistara, ats ats ats atsist ćals"> kemistara, at. parovi. Sada su istraživači napravili prva opažanja jednostavnih kovalentnih veza elektrona između dva atoma ugljika.

Ovo neobično vezivno ponašanje već je uočeno između nekih drugih atoma, ali znanstvenici su posebno oduševljeni da ga vide u ugljiku. Ugljik je osnovna komponenta života na zemlji i važan dio industrijskih kemikalija, uključujući lijekove, plastiku, šećer i proteine. Otkriće je objavljeno 25. rujna u časopisu priroda 1 .

"Kovalentno vezanje jedan je od najvažnijih koncepata u kemiji, a otkriće novih vrsta kemijskih veza ima veliki potencijal za proširenje sveobuhvatnih područja kemijske znanosti", kaže kemičar Takuya Shimajiri sa Sveučilišta u Tokiju, koji je bio dio istraživačkog tima za vezanje ugljika.

Većina kemijskih veza u molekulama sastoji se od jednog para elektrona koji se dijele između atoma. To se naziva kovalentne jednostavne veze. U posebno jakim vezama, atomi bi mogli dijeliti dva para elektrona u dvostrukoj vezi ili tri para u trostrukoj vezi. Međutim, kemičari znaju da atomi djeluju u mnogim drugim vrstama i nadaju se da će bolje razumjeti što je kemijska veza proučavanjem neobičnih vrsta vezanja na rubu mogućeg

PAULINGINE PRIJEDLOG

Koncept jednostavnih kovalentnih veza elektrona seže do 1931. godine kada je to sugerirao kemičar Linus Pauling. U to vrijeme, međutim, kemičari nisu imali alate za promatranje takvih veza, kaže Marc-Etienne Moret, kemičar sa Sveučilišta u Utrechtu u Nizozemskoj. Te je veze teško promatrati čak i uz moderne tehnike analize. "Situacija u kojoj samo jedan elektron tvori vezu je vrlo nestabilna", objašnjava Moret. "To znači da se vezanje može lako slomiti i ima snažnu tendenciju ili emitiranja ili hvatanja elektrona za vraćanje ravnog broja elektrona."

1998. godine, znanstvenici 2 Jednostavna elektronska veza između dva atoma fosfora; Moret je bio dio grupe koja je 3 2013 napravio je vezu između bakra i borona. Kemičari su teoretizirali da bi se ove neobične veze mogle pojaviti u kratkotrajnim intermedijarnim strukturama koje se pojavljuju tijekom kemijskih reakcija. Ali kako bi promatrali ove raspoložene veze, kemičari moraju stabilizirati vezu koja ih sadrži. Stabilna veza koja sadrži jednostavnu elektronsku C-C vezu do sada je izbjegla kemičare.

Shimajiri kaže da je ključ za promatranje jednostavnog vezanja ugljika elektrona bio pažljiv dizajn molekule koja bi je stabilizirala. Istraživački tim, kojem je pripadao kemičar Yusuke Ishigaki sa Sveučilišta Hokkaido, stvorio je molekulu koja pruža stabilnu "školjku" iz povezanih ugljikovih prstenova koji u njenom središtu drži vezanje ugljika-ugljika. Ovo središnje vezanje proteže se na relativno dugu duljinu za C-C vezu, što ga čini ranjivim izgubiti elektron u reakciji oksidacije i stvaranje izborne jednostavne veze elektrona.

Stabilno vezanje

Da bi shvatili ovu vezu u stabilnom, vidljivom obliku, kristalizirali su. Ako se oksidacija provodi u prisutnosti joda, reakcija pruža ljubičastu sol, pri čemu stabilna ljuska molekule drži jednostavnu elektronsku vezu C-C zajedno. Zatim su koristili različite tehnike analize za karakterizaciju molekule i veze. Shimajiri napominje da je veza u svakodnevnim uvjetima izuzetno stabilna.

"U nekoliko kemijskih reakcija predloženo je sudjelovanje jednostavnih elektronskih veza, ali do sada su ostali hipotetički", kaže Shimajiri. Stvaranje stabilnih veza koje sadrže ove veze moglo bi pomoći istraživačima da bolje razumiju što se događa tijekom tih reakcija.

Guy Bertrand, kemičar sa Sveučilišta u Kaliforniji u Santa Barbari, bio je dio tima koji je napravio jednostavnu elektronsku vezu u fosforu. Kaže da je važno to vidjeti u ugljiku. "Svaki put kada nešto učinite s ugljikom, to ima veći utjecaj nego s bilo kojim drugim elementom", objašnjava on. Shimajiri se nada da će opis jednostavnog vezanja ugljika elektrona pomoći kemičarima da bolje razumiju osnovnu prirodu kemijskih veza. "Želimo pojasniti što je kovalentna veza - točnije, u tom je trenutku obveznica kvalificirana kao kovalentna i u kojem trenutku."

1. shimajiri, T. i sur. Priroda https://doi.org/10.1038/s41586-024-07965-1 (2024).

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

3. moret, M.-E. et al. J. Am. Chemcal Soc. 135, 3792–3795 (2013).