Pirmą kartą pastebėtas anglies sujungimas tik su vienu elektronu: revoliucinis atradimas vadovėliams

Pirmą kartą pastebėtas anglies sujungimas tik su vienu elektronu: revoliucinis atradimas vadovėliams

Tikėti daugiau nei šimtmetį chemikas, kad stiprūs atominiai ryšiai, vadinami kovalentiniais ryšiais, susidaro, kai atomai dalijasi viena ar keliomis elektronų poromis. Dabar mokslininkai atliko pirmuosius vieno elektrono kovalentinių ryšių tarp dviejų anglies atomų stebėjimus.

Šis neįprastas jungimosi elgesys buvo pastebėtas tarp kelių kitų atomų, tačiau mokslininkai ypač džiaugiasi matydami tai su anglimi. Anglis yra pagrindinė gyvybės Žemėje statybinė medžiaga ir svarbi pramoninių cheminių medžiagų, įskaitant vaistus, plastiką, cukrų ir baltymus, sudedamoji dalis. Atradimas buvo paskelbtas žurnale rugsėjo 25 dGamtapaskelbta 1.

„Kovalentinis ryšys yra viena iš svarbiausių chemijos sąvokų, o naujų tipų cheminių jungčių atradimas turi didelį potencialą išplėsti plačias chemijos mokslo sritis“, – sako Tokijo universiteto chemikas Takuya Shimajiri, priklausęs anglies jungčių tyrimų grupei.

Daugumą cheminių jungčių molekulėse sudaro vieniša elektronų pora, pasidalijusi tarp atomų. Tai vadinamos kovalentinėmis viengubomis jungtimis. Esant ypač stiprioms jungtims, atomai gali turėti dvi poras elektronų dviguboje jungtyje arba tris poras triguboje jungtyje. Tačiau chemikai žino, kad atomai sąveikauja daugeliu kitų būdų, ir jie tikisi geriau suprasti, kas yra cheminė jungtis, tirdami neįprastus jungčių tipus, esančius tikimybių ribose.

Paulingo pasiūlymas

Vieno elektrono kovalentinių ryšių koncepcija kilo 1931 m., kai ją pasiūlė chemikas Linusas Paulingas. Tačiau tuo metu chemikai neturėjo įrankių tokiems ryšiams stebėti, sako Utrechto universiteto Nyderlanduose chemikas Marc-Etienne Moret. Net naudojant šiuolaikinius analizės metodus, šiuos ryšius sunku pastebėti. „Situacija, kai tik vienas elektronas sudaro ryšį, yra labai nestabili“, – aiškina Moretas. "Tai reiškia, kad ryšys gali lengvai nutrūkti ir turi stiprią tendenciją prarasti elektroną arba užfiksuoti jį, kad būtų atkurtas lyginis elektronų skaičius."

1998 m. mokslininkai pastebėjo 2 vieno elektrono jungtis tarp dviejų fosforo atomų; Moretas buvo grupės, kuri 3 2013 metais buvo sukurtas vario ir boro ryšys. Chemikai iškėlė teoriją, kad šie neįprasti ryšiai gali atsirasti trumpalaikėse tarpinėse struktūrose, kurios atsiranda cheminių reakcijų metu. Tačiau norėdami stebėti šiuos kaprizingus ryšius, chemikai turi stabilizuoti jų turintį junginį. Stabilus junginys, turintis vieno elektrono C-C jungtį, anksčiau buvo išvengęs chemikų.

Shimajiri sako, kad norint stebėti vieno elektrono anglies ryšį, svarbiausia buvo kruopščiai sukurti molekulę, kuri ją stabilizuotų. Tyrėjų komanda, kurioje dalyvavo chemikas Yusuke Ishigaki iš Hokaido universiteto, sukūrė molekulę, kuri sudaro stabilų susietų anglies žiedų „apvalkalą“, laikantį anglies ir anglies ryšį savo centre. Ši centrinė jungtis yra ištempta iki santykinai ilgo C-C jungties ilgio, todėl oksidacijos reakcijoje ji gali prarasti elektroną ir sukurti nepagaunamą vieno elektrono ryšį.

Stabilus surišimas

Norėdami užfiksuoti šį junginį stabilia, stebima forma, jie jį kristalizavo. Kai oksidacija atliekama dalyvaujant jodui, reakcijos metu susidaro purpurinė druska, kurios stabilus molekulės apvalkalas sulaiko vieno elektrono C-C ryšį. Tada jie naudojo įvairius analitinius metodus, kad apibūdintų molekulę ir ryšį. Shimajiri pažymi, kad ryšys yra itin stabilus kasdieninėmis sąlygomis.

„Buvo pasiūlyta, kad kelete cheminių reakcijų dalyvautų vieno elektrono ryšiai, tačiau iki šiol jos išliko hipotetinės“, – sako Shimajiri. Stabilių junginių, kuriuose yra šių ryšių, sukūrimas galėtų padėti tyrėjams geriau suprasti, kas vyksta šių reakcijų metu.

Guy Bertrand, Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje chemikas, priklausė komandai, kuri sukūrė vieno elektrono ryšį fosfore. Jis sako, kad svarbu tai matyti naudojant anglį. „Kaskart, kai ką nors darai su anglimi, tai daro didesnį poveikį nei bet kuris kitas elementas“, – aiškina jis. Anglis yra organinės chemijos elementas. Tačiau jis sako, kad pasakyti, ar šis darbas turės pritaikymų, nėra taip paprasta. „Tai smalsumas“, - sako jis. „Bet tai bus vadovėliuose“.

Shimajiri tikisi, kad vieno elektrono anglies jungties aprašymas padės chemikams geriau suprasti esminę cheminių jungčių prigimtį. „Norime paaiškinti, kas yra kovalentinis ryšys – konkrečiau, kuriuo momentu ryšys laikomas kovalentiniu, o kuriuo – ne.

1. Shimajiri, T. ir kt. Gamta https://doi.org/10.1038/s41586-024-07965-1 (2024).

   
   Google Scholar

2. Canac, Y. ir kt. Science 279, 2080-2082 (1998).

   
   Google Scholar

3. Moret, M.-E. ir kt. J.Am. Chem. Soc. 135, 3792–3795 (2013).

   
   Google Scholar

Atsisiųskite nuorodas