Prvič smo opazili vezavo ogljika z samo enim elektronom: revolucionarno odkritje za učbenike

Veröffentlicht:

Von:

Ein Forschungsteam entdeckte den ersten Kohlenstoff-Ein-Elektron-Bindung, ein bedeutender Fortschritt in der Chemie, veröffentlicht in Nature.
Raziskovalna skupina je odkrila prvo vezavo ogljikovih elektronov, pomemben napredek v kemiji, ki je bil objavljen v Nature. (Symbolbild/natur.wiki)

Verjemite Nature.com/subjects/chemistry" data-track = "kliknite" data-label = "https://www.nature.com/subjects/semistry", ki je atoma, ko je bil ene o ali ene o ali ene večji elektronski pari. Zdaj so raziskovalci postavili prva opažanja preprostih elektronskih kovalentnih vezi med dvema ogljikovima atomama.

To nenavadno vezalno vedenje je že opazilo med nekaterimi drugimi atomi, vendar so znanstveniki še posebej navdušeni, da ga vidijo v ogljiku. Ogljik je osnovna sestavina življenja na Zemlji in pomemben del industrijskih kemikalij, vključno z zdravili, plastiko, sladkorjem in beljakovinami. Odkritje je bilo objavljeno 25. septembra v reviji nature 1 .

"Kovalentna vezava je eden najpomembnejših konceptov kemije, odkritje novih vrst kemijskih vezi pa ima velik potencial za širitev celovitih področij kemijske znanosti," pravi kemik Takuya Shimajiri z Tokijske univerze, ki je bila del raziskovalne skupine za vezavo ogljika.

Večina kemičnih vezi v molekulah je sestavljena iz enega samega para elektronov, ki se delijo med atomi. Temu pravimo kovalentne preproste obveznice. V posebno močnih vezmi bi lahko atomi delili dva elektronska para v dvojni vezi ali tri pare v trojni vezi. Vendar kemiki vedo, da atomi medsebojno delujejo pri mnogih drugih vrstah in upajo, da bodo bolje razumeli, kakšna je kemična vez s preučevanjem nenavadnih tipov vezave na robu možnega

Pauling predlog

Koncept preprostih elektronskih kovalentnih vezi sega v leto 1931, ko ga je predlagal kemik Linus Pauling. Vendar pa kemiki niso imeli orodij za opazovanje takšnih vezi, pravi Marc-Etienne Moret, kemičarka na Univerzi v Utrechtu na Nizozemskem. Te vezi je težko opazovati tudi s sodobnimi tehnikami analize. "Situacija, v kateri je samo en elektron vez, je zelo nestabilna," pojasnjuje Moret. "To pomeni, da se lahko vezava zlahka zlomi in ima močno nagnjenost k oddajanju ali zajetju elektrona za obnovo naravnega števila elektronov."

Leta 1998 so znanstveniki 2 Preprosta elektronska vez med dvema atoma fosforja; Moret je bil del skupine, ki je 3 2013 je med bakrom in borom ustvarila vez. Kemiki so teoretizirali, da bi se te nenavadne vezi lahko pojavile v kratko nastalih vmesnih strukturah, ki se pojavljajo med kemičnimi reakcijami. Toda da bi opazovali te razpoložene vezi, morajo kemiki stabilizirati povezavo, ki jih vsebuje. Stabilna povezava, ki vsebuje preprosto elektronsko vez C-C, je doslej pobegnila kemikom.

Shimajiri pravi, da je bil ključ do opazovanja preproste vezave ogljika z elektronskim ogljikom skrbna zasnova molekule, ki bi jo stabilizirala. Raziskovalna skupina, ki ji je pripadal kemik Yusuke Ishigaki z univerze Hokkaido, je ustvarila molekulo, ki zagotavlja stabilno "lupino" iz povezanih ogljikovih obročev, ki v svojem središču združuje vezavo ogljikovega ogljika. Ta centralna vezava je raztegnjena na razmeroma dolgo dolžino za C-C vez, zaradi česar je ranljiva izguba elektrona v reakciji oksidacije in ustvarjanje izbirne preproste elektronske vezi.

stabilna vezava

Da bi to povezavo dojeli v stabilni, opazni obliki, so kristalizirali. Če se oksidacija izvaja v prisotnosti joda, reakcija zagotavlja vijolično sol, pri čemer stabilna lupina molekule drži preprosto elektronsko C-C vez v notranjosti. Nato so za karakterizacijo molekule in vezi uporabili različne tehnike analize. Shimajiri ugotavlja, da je povezava v vsakdanjih pogojih izjemno stabilna.

"V več kemičnih reakcijah je bilo predlagano sodelovanje preprostih elektronskih vezi, vendar so do zdaj ostale hipotetične," pravi Shimajiri. Ustvarjanje stabilnih povezav, ki vsebujejo te vezi, bi lahko raziskovalcem pomagalo bolje razumeti, kaj se zgodi med temi reakcijami.

Guy Bertrand, kemik na kalifornijski univerzi v Santa Barbari, je bil del ekipe, ki je v fosforju naredila preprosto elektronsko vez. Pravi, da je to pomembno videti v ogljiku. "Vsakič, ko nekaj narediš z ogljikom, ima to večji vpliv kot pri katerem koli drugem elementu," pojasnjuje. . Radovednost, "pravi." Toda v učbenikih bo. "

Shimajiri upa, da bo opis preproste vezave ogljika v elektronu pomagal kemikom, da bolje razumejo osnovno naravo kemičnih vezi. "Želimo razjasniti, kaj je kovalentna vez - natančneje, ko je obveznica kvalificirana kot kovalentna in v tem trenutku."

    >

  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. Kem. Soc. 135, 3792–3795 (2013).

    4. Prenesite reference