For første gang observerte karbonbinding med bare ett elektron: revolusjonerende oppdagelse for lærebøker
For første gang observerte karbonbinding med bare ett elektron: revolusjonerende oppdagelse for lærebøker
Tro Nature.com/subjects/chemistry" data-track = "Klikk" Data-Label = "https://www.nature.com/subjects/a. BODINGS, SODCOVING COPLOVING COPLOVENS DIVINGS DIVINGER, SOPOVINGS DIVINGS DIVINGSOVINGS DIVINGERS SOISED ONE-BODOVINGSRAGE-PRACT-CREGORTS. Elektronpar. Nå har forskere gjort de første observasjonene av enkle elektronkovalente bindinger mellom to karbonatomer.
Denne uvanlige bindingsatferden er allerede observert mellom noen andre atomer, men forskere er spesielt begeistret for å se den i karbon. Karbon er den grunnleggende komponenten i livet på jorden og en viktig del av industrikjemikalier, inkludert medisiner, plast, sukker og proteiner. Oppdagelsen ble publisert 25. september i magasinet Nature 1 .
"Den kovalente bindingen er et av de viktigste konseptene innen kjemi, og oppdagelsen av nye typer kjemiske bindinger har et stort potensial til å utvide de omfattende områdene med kjemisk vitenskap," sier kjemiker Takuya Shimajiri fra University of Tokyo, som var en del av forskerteamet for karbonbinding.
De fleste kjemiske bindinger i molekyler består av et enkelt par elektroner som deles mellom atomer. Dette kalles kovalente enkle bindinger. I spesielt sterke bånd kunne atomer dele to elektronpar i en dobbeltbinding eller tre par i en trippelbinding. Imidlertid vet kjemikere at atomer samhandler i mange andre arter, og de håper å bedre forstå hva en kjemisk binding er ved å studere uvanlige bindingstyper i utkanten av mulig
Paulings forslag
Konseptet med enkle elektronkovalente bindinger går tilbake til 1931 da kjemikeren Linus Pauling foreslo det. På den tiden hadde kjemikere imidlertid ikke verktøyene til å observere slike bånd, sier Marc-Etienne Moret, kjemiker ved University of Utrecht i Nederland. Disse obligasjonene er vanskelige å observere selv med moderne analyseteknikker. "Situasjonen der bare ett elektron danner en binding er veldig ustabil," forklarer Moret. "Dette betyr at bindingen lett kan bryte og har en sterk tendens til å enten avgi eller fange et elektron for å gjenopprette et rett antall elektroner."
I 1998, forskere 2 En enkel elektronbinding mellom to fosforatomer; Moret var en del av en gruppe som 3 2013 gjorde et bånd mellom kobber og bor. Kjemikere har teoretisert om at disse uvanlige båndene muligens kan vises i kort levede mellomstrukturer som vises under kjemiske reaksjoner. Men for å observere disse lunefulle båndene, må kjemikere stabilisere en forbindelse som inneholder dem. En stabil forbindelse som inneholder en enkel elektron C-C-binding har så langt sluppet unna kjemikere.
Shimajiri sier at nøkkelen til å observere den enkle elektronkarbonbindingen var den nøye utformingen av et molekyl som ville stabilisere det. Forskerteamet, som kjemikeren Yusuke Ishigaki fra Hokkaido University tilhørte, skapte et molekyl som gir et stabilt "skall" fra tilkoblede karbonringer som holder karbon-karbonbindingen sammen i sentrum. Denne sentrale bindingen er strukket til en relativt lang lengde for en C-C-binding, noe som gjør det sårbart å miste et elektron i en oksidasjonsreaksjon og å generere den valgfrie enkle elektronbindingen.
stabil binding
For å forstå denne forbindelsen i en stabil, observerbar form, krystalliserte de. Hvis oksidasjonen utføres i nærvær av jod, gir reaksjonen et fiolett salt, hvorved det stabile skallet til molekylet holder det enkle elektron C-C-bindingen sammen inne. Deretter brukte de forskjellige analyseteknikker for å karakterisere molekylet og bindingen. Shimajiri bemerker at forbindelsen er ekstremt stabil under hverdagens forhold.
"I flere kjemiske reaksjoner er deltakelse av enkle elektronbindinger blitt foreslått, men så langt har de forblitt hypotetisk," sier Shimajiri. Oppretting av stabile forbindelser som inneholder disse obligasjonene, kan hjelpe forskere med å forstå hva som skjer under disse reaksjonene.
Guy Bertrand, kjemiker ved University of California i Santa Barbara, var en del av teamet som gjorde det enkle elektronbindingen i fosfor. Han sier det er viktig å se dette i karbon. "Hver gang du gjør noe med karbon, har dette større innvirkning enn med noe annet element," forklarer han.
Shimajiri håper at beskrivelsen av den enkle elektronkarbonbindingen vil hjelpe kjemikere til å bedre forstå den grunnleggende naturen til kjemiske bindinger. "Vi ønsker å avklare hva et kovalent bånd er - mer presist, på hvilket tidspunkt et obligasjon er kvalifisert som en kovalent og på hvilket tidspunkt." Shimajiri, T. et al. Nature https://doi.org/10.1038/S41586-024-07965-1 (2024). canac, y. et al. Science 279, 2080–2082 (1998). Moret, M.-E. et al. J. Am. Chem. Soc. 135, 3792–3795 (2013).