Pirmoreiz novēroja oglekļa saistīšanos tikai ar vienu elektronu: revolucionārs atklājums mācību grāmatām

Pirmoreiz novēroja oglekļa saistīšanos tikai ar vienu elektronu: revolucionārs atklājums mācību grāmatām

Tice Nature.com/subjects/chemistry" data-track = "noklikšķiniet uz" data-label = "https://www.natur pāri. Tagad pētnieki ir veikuši pirmos novērojumus par vienkāršām elektronu kovalentām saitēm starp diviem oglekļa atomiem.

Šī neparastā saistīšanās izturēšanās jau ir novērota starp dažiem citiem atomiem, bet zinātnieki ir īpaši aizrautīgi redzēt to ogleklī. Ogleklis ir dzīves pamatkomponents uz Zemes un svarīga rūpniecisko ķīmisko vielu sastāvdaļa, ieskaitot zāles, plastmasu, cukuru un olbaltumvielas. Atklājums tika publicēts 25. septembrī žurnālā Nature 1 .

"Kovalentā saistīšana ir viens no vissvarīgākajiem ķīmijas jēdzieniem, un jaunu veidu ķīmisko saites atklāšanai ir liels potenciāls paplašināt visaptverošās ķīmiskās zinātnes zonas," saka ķīmiķis Takuya Shimajiri no Tokijas universitātes, kas bija daļa no oglekļa saistīšanas pētniecības grupas.

Lielākā daļa ķīmisko saites molekulās sastāv no viena elektronu pāra, kas ir kopīgi starp atomiem. To sauc par kovalentām vienkāršām saitēm. Īpaši spēcīgās saitēs atomiem varētu būt divi elektronu pāri dubultā saitē vai trīs pāros trīskāršā saitē. Tomēr ķīmiķi zina, ka atomi mijiedarbojas ar daudzām citām sugām un cer labāk saprast, kāda ir ķīmiskā saite, izpētot neparastus saistīšanas veidus iespējamā malā

Paulinga ieteikums

Vienkāršo elektronu kovalento saišu jēdziens atgriežas 1931. gadā, kad ķīmiķis Linuss Paulings to ieteica. Tomēr tajā laikā ķīmiķiem nebija instrumentu, lai novērotu šādas saites, saka Marc-Etienne Moret, Nīderlandes Utrehtas universitātes ķīmiķis. Šīs saites ir grūti novērot pat ar modernām analīzes metodēm. "Situācija, kurā tikai viens elektrons veido obligāciju, ir ļoti nestabila," skaidro Morets. "Tas nozīmē, ka saistīšanās var viegli sabojāties un tai ir liela tendence vai nu izstarot, vai uztvert elektronu, lai atjaunotu taisnu elektronu skaitu."

1998. gadā zinātnieki 2 Vienkārša elektronu saite starp diviem fosfora atomiem; Morets bija daļa no grupas, kas 3 2013 izveidoja saiti starp varu un boronu. Ķīmiķi ir teorēti, ka šīs neparastās saites, iespējams, varētu parādīties īsās vidējās struktūrās, kas parādās ķīmisko reakciju laikā. Bet, lai novērotu šīs garastāvokļa saites, ķīmiķiem ir jāatstāj savienojums, kas tos satur. Stabils savienojums, kas satur vienkāršu elektronu C-C saiti, līdz šim ir aizbēgis ķīmiķiem.

Shimajiri saka, ka vienkāršās elektronu oglekļa iesiešanas novērošanas atslēga bija rūpīga molekulas dizaina, kas to stabilizētu. Pētniecības grupa, kurai piederēja ķīmiķis Yusuke Ishigaki no Hokaido universitātes, izveidoja molekulu, kas nodrošina stabilu “apvalku” no savienotajiem oglekļa gredzeniem, kas tās centrā satur oglekļa-oglekļa saistīšanos. Šī centrālā saistīšana ir izstiepta līdz salīdzinoši garam C-C saitei, kas padara to neaizsargātu zaudēt elektronu oksidācijas reakcijā un radīt izvēles vienkāršo elektronu saiti.

stabila saistīšana

Lai aptvertu šo savienojumu stabilā, novērojamā formā, tie izkristalizējās. Ja oksidācija tiek veikta joda klātbūtnē, reakcija nodrošina violetu sāli, saskaņā ar kuru molekulas stabilais apvalks satur vienkāršo elektronu C-C saiti kopā. Tad viņi izmantoja dažādas analīzes metodes, lai raksturotu molekulu un saiti. Šimajiri norāda, ka savienojums ikdienas apstākļos ir ārkārtīgi stabils.

"Vairākās ķīmiskajās reakcijās ir ierosināta vienkāršu elektronu saišu līdzdalība, taču līdz šim tās ir palikušas hipotētiskas," saka Šimajiri. Stabilu savienojumu izveidošana, kas satur šīs saites, varētu palīdzēt pētniekiem labāk izprast, kas notiek šo reakciju laikā.

Gajs Bertrands, Kalifornijas universitātes Santa Barbaras ķīmiķis, bija daļa no komandas, kas padarīja vienkāršo elektronu saiti fosforā. Viņš saka, ka ir svarīgi to redzēt ogleklī. "Katru reizi, kad kaut ko dara ar oglekli, tam ir lielāka ietekme nekā ar jebkuru citu elementu," viņš skaidro. Shimajiri cer, ka vienkāršās elektronu oglekļa saistīšanās apraksts palīdzēs ķīmiķiem labāk izprast ķīmisko saites pamatīpašumu. "Mēs vēlamies noskaidrot, kas ir kovalentā saite - precīzāk, kurā brīdī obligācija ir kvalificēta kā kovalents un kurā brīdī."

1. Shimajiri, T. et al. Daba https://doi.org/10.1038/s41586-024-07965-1 (2024).

2. Canac, y. et al. Zinātne 279, 2080–2082 (1998).

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

Lejupielādēt atsauces