Po raz pierwszy zaobserwowano wiązanie węgla tylko z jednym elektronem: rewolucyjne odkrycie podręczników

Po raz pierwszy zaobserwowano wiązanie węgla tylko z jednym elektronem: rewolucyjne odkrycie podręczników

Uważaj chemist pary. Teraz naukowcy poczynili pierwsze obserwacje prostych wiązań kowalencyjnych elektronów między dwoma atomami węgla.

To niezwykłe zachowanie wiążące zostało już zaobserwowane między niektórymi innymi atomami, ale naukowcy są szczególnie entuzjastyczni, widząc je w węglu. Węgiel jest podstawowym składnikiem życia na Ziemi i ważną częścią chemikaliów przemysłowych, w tym leków, tworzyw sztucznych, cukru i białek. Odkrycie zostało opublikowane 25 września w magazynie Nature 1 .

„Wiązanie kowalencyjne jest jedną z najważniejszych koncepcji chemii, a odkrycie nowych rodzajów wiązań chemicznych ma ogromny potencjał do rozszerzenia kompleksowych obszarów nauk chemicznych”, mówi Chemist Takuya Shimajiri z University of Tokyo, który był częścią zespołu badawczego w zakresie wiązania węgla.

Większość wiązań chemicznych w cząsteczkach składa się z pojedynczej pary elektronów, które są wspólne między atomami. Nazywa się to kowalencyjnymi prostymi wiązaniami. W szczególnie silnych więzi atomy mogą dzielić dwie pary elektronów w podwójnym wiązaniu lub trzy pary w potrójnym wiązaniu. Jednak chemicy wiedzą, że atomy oddziałują u wielu innych gatunków i mają nadzieję, że lepiej zrozumieją, czym jest wiązanie chemiczne, badając niezwykłe typy wiązania na krawędzi możliwego

Sugestia Paulinga

Koncepcja prostych wiązań kowalencyjnych elektronów sięga 1931 r., Kiedy zasugerował to chemika Linus Pauling. Jednak w tym czasie chemicy nie mieli narzędzi do obserwacji takich wiązań, mówi Marc-Etienne Moret, chemik na Uniwersytecie Utrecht w Holandii. Wiązania te są trudne do zaobserwowania nawet w przypadku nowoczesnych technik analizy. „Sytuacja, w której tylko jeden elektron tworzy wiązanie, jest bardzo niestabilna”, wyjaśnia Moret. „Oznacza to, że wiązanie może łatwo pękać i ma silną tendencję do emitowania lub przechwytywania elektronu do przywrócenia prostej liczby elektronów”.

W 1998 r. Naukowcy 2 Prosty wiązanie elektronów między dwoma atomami fosforu; Moret był częścią grupy, która 3 2013, wykonał więź między miedzią a Boronem. Chemicy teoretyzowali, że te niezwykłe więzi mogłyby pojawić się w krótkich strukturach pośrednich, które pojawiają się podczas reakcji chemicznych. Ale aby zaobserwować te nastrojowe wiązania, chemicy muszą ustabilizować połączenie, które je zawiera. Stabilne połączenie, które zawiera proste wiązanie C-C, do tej pory uciekło chemików.

Shimajiri twierdzi, że kluczem do obserwacji prostego wiązania węgla elektronowego było staranne zaprojektowanie cząsteczki, która by ją ustabilizowała. Zespół badawczy, do którego należał chemik Yusuke Ishigaki z Uniwersytetu Hokkaido, stworzył cząsteczkę, która zapewnia stabilną „powłokę” z połączonych pierścieni węglowych, która łączy wiązanie węgla w swoim centrum. To centralne wiązanie jest rozciągane do stosunkowo długiej długości dla wiązania C-C, co sprawia, że ​​podatne jest na utratę elektronu w reakcji utleniania i wygenerowania planowego prostego wiązania elektronowego.

Stabilne wiązanie

Aby uchwycić to połączenie w stabilnej, obserwowalnej formie, krystalizowali. Jeśli utlenianie jest przeprowadzane w obecności jodu, reakcja zapewnia sól fioletową, w której stabilna powłoka cząsteczki utrzymuje proste wiązanie elektronów C-C ze sobą. Następnie zastosowali różne techniki analizy do scharakteryzowania cząsteczki i wiązania. Shimajiri zauważa, że ​​połączenie jest wyjątkowo stabilne w codziennych warunkach.

„W kilku reakcjach chemicznych zaproponowano udział prostych wiązań elektronowych, ale jak dotąd pozostały hipotetyczne”, mówi Shimajiri. Tworzenie stabilnych połączeń zawierających te wiązania może pomóc badaczom lepiej zrozumieć, co dzieje się podczas tych reakcji.

Guy Bertrand, chemik z University of California w Santa Barbara, był częścią zespołu, który stworzył prostą więź elektronów w fosforach. Mówi, że ważne jest, aby zobaczyć to w węglu. „Za każdym razem, gdy robisz coś z węglem, ma to większy wpływ niż z jakimkolwiek innym elementem” - wyjaśnia.