Waargenomen voor het eerst koolstofbinding met slechts één elektron: revolutionaire ontdekking voor schoolboeken

Waargenomen voor het eerst koolstofbinding met slechts één elektron: revolutionaire ontdekking voor schoolboeken

geloof chemist bindingen, so -called covalent obligs, arise bindt bindts, arce wanneer Atoms divide één of meer elektronie Paren. Nu hebben onderzoekers de eerste waarnemingen gemaakt van eenvoudige elektronencovalente bindingen tussen twee koolstofatomen.

Dit ongebruikelijke bindingsgedrag is al waargenomen tussen sommige andere atomen, maar wetenschappers zijn bijzonder enthousiast om het in koolstof te zien. Koolstof is de basiscomponent van het leven op aarde en een belangrijk onderdeel van industriële chemicaliën, waaronder medicijnen, kunststoffen, suiker en eiwitten. De ontdekking werd gepubliceerd op 25 september in het tijdschrift Nature 1 .

"De covalente binding is een van de belangrijkste concepten in de chemie, en de ontdekking van nieuwe soorten chemische bindingen heeft een groot potentieel om de uitgebreide gebieden van de chemische wetenschap uit te breiden", zegt chemicus Takuya Shimajiri van de Universiteit van Tokio, die deel uitmaakte van het onderzoeksteam voor koolstofbinding.

De meeste chemische bindingen in moleculen bestaan ​​uit een enkel paar elektronen die worden gedeeld tussen atomen. Dit wordt covalente eenvoudige bindingen genoemd. In bijzonder sterke banden kunnen atomen twee elektronenparen delen in een dubbele binding of drie paren in een drievoudige binding. Chemici weten echter dat atomen in veel andere soorten interageren en ze hopen beter te begrijpen wat een chemische binding is door ongebruikelijke bindingstypen te bestuderen aan de rand van het mogelijke

Pauling's suggestie

Het concept van eenvoudige elektronencovalente bindingen gaat terug tot 1931 toen de chemicus Linus Pauling het suggereerde. Destijds hadden chemici echter niet het hulpmiddel om dergelijke banden te observeren, zegt Marc-Etienne Moret, chemicus aan de Universiteit van Utrecht in Nederland. Deze bindingen zijn moeilijk te observeren, zelfs met moderne analysetechnieken. "De situatie waarin slechts één elektron een binding vormt, is zeer onstabiel", legt Moret uit. "Dit betekent dat de binding gemakkelijk kan breken en een sterke neiging heeft om een ​​elektron uit te zenden of vast te leggen om een ​​recht aantal elektronen te herstellen."

In 1998, wetenschappers 2 Een eenvoudige elektronenbinding tussen twee fosfor-atomen; Moret maakte deel uit van een groep die 3 2013 maakte een binding tussen koper en boron. Chemici hebben getheoretiseerd dat deze ongebruikelijke banden mogelijk kunnen verschijnen in korte tussenliggende structuren die verschijnen tijdens chemische reacties. Maar om deze humeurige bindingen te observeren, moeten chemici een verbinding stabiliseren die ze bevat. Een stabiele verbinding die een eenvoudige elektron C-C-binding bevat, is tot nu toe ontsnapt aan chemici.

Shimajiri zegt dat de sleutel tot het observeren van de eenvoudige elektronenkoolbinding het zorgvuldige ontwerp was van een molecuul dat het zou stabiliseren. Het onderzoeksteam, waaraan de chemicus Yusuke Ishigaki van de Hokkaido University behoorde, creëerde een molecuul dat een stabiele "schaal" biedt van verbonden koolstofringen die de koolstof-koolstofbinding in het midden bij elkaar houdt. Deze centrale binding wordt uitgerekt tot een relatief lange lengte voor een C-C-binding, waardoor het kwetsbaar is om een ​​elektron te verliezen in een oxidatiereactie en de electieve eenvoudige elektronenbinding te genereren.

stabiele binding

Om deze verbinding in een stabiele, waarneembare vorm te begrijpen, kristalliseerden ze. Als de oxidatie wordt uitgevoerd in de aanwezigheid van jodium, biedt de reactie een violet zout, waarbij de stabiele schaal van het molecuul de eenvoudige elektronen C-C-binding van binnen vasthoudt. Vervolgens gebruikten ze verschillende analysetechnieken om het molecuul en de binding te karakteriseren. Shimajiri merkt op dat de verbinding uiterst stabiel is onder dagelijkse omstandigheden.

"In verschillende chemische reacties is de deelname van eenvoudige elektronenbindingen voorgesteld, maar tot nu toe zijn ze hypothetisch gebleven", zegt Shimajiri. Het creëren van stabiele verbindingen die deze bindingen bevatten, kan onderzoekers helpen beter te begrijpen wat er tijdens deze reacties gebeurt.

Guy Bertrand, chemicus aan de Universiteit van Californië in Santa Barbara, maakte deel uit van het team dat de eenvoudige elektronenbinding in fosfor maakte. Hij zegt dat het belangrijk is om dit in koolstof te zien. "Elke keer dat je iets met koolstof doet, heeft dit een grotere impact dan met elk ander element", legt hij uit. Shimajiri hoopt dat de beschrijving van de eenvoudige elektronenkoolbinding chemici zal helpen om de basiskarakter van chemische bindingen beter te begrijpen. "We willen verduidelijken wat een covalente binding is - meer precies, op welk punt een obligatie is gekwalificeerd als een covalent en op welk punt."

>

1. shimajiri, T. et al. Nature 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. Chem. Soc. 135, 3792–3795 (2013).

Referenties downloaden