Pierwszy przykład samotnych par węgiel-elektron mógłby zmienić podręczniki

Odkryto cząsteczkę zawierającą dwa atomy węgla dzielące pojedynczy elektron, co stanowi wyzwanie dla podręczników chemii. Niedawno opisano przykłady atomów różnych pierwiastków mających wspólne wiązania kowalencyjne z pojedynczym elektronem, ale jest to pierwszy przypadek występujący między dwoma atomami węgla. Biorąc pod uwagę centralne miejsce, jakie wiązania węglowe odgrywają w powstawaniu życia, nowy sposób składania wiązań węglowych ma znaczenie znacznie wykraczające poza większość wiązań między atomami.

Wiązania kowalencyjne zazwyczaj obejmują pary elektronów współdzielone między dwoma atomami, wiążąc je razem. Czasami elektrony tworzą wiele wiązań kowalencyjnych, co sprawia, że ​​zerwanie czegoś jest szczególnie trudne. Prawda jest oczywiście bardziej złożona – czyż nie zawsze tak jest? Jednak przez ponad sto lat pogląd, że pary elektronów są potrzebne, pozostaje w dużej mierze prawdziwy.

Pojedyncze wiązania elektronowe występują pomiędzy innymi atomami, na przykład gdy cząsteczka fosforu traci jeden ze swoich elektronów, nie zawsze ulega rozpadowi. Jednak te wiązania są zwykle słabe. Odkrycie pojedynczego atomu pomiędzy dwoma atomami węgla, wystarczająco silnego, aby utrzymać razem dużą cząsteczkę, umożliwi chemikom zbadanie szarej strefy pomiędzy stanami związanymi i niezwiązanymi.

Ponieważ każde pojedyncze wiązanie elektronowe między atomami węgla musi być słabe, chemicy szukający przykładu muszą znaleźć sposób na ustabilizowanie cząsteczek, zamiast niszczyć je innymi reakcjami. Przy najmniejszej okazji atomy albo całkowicie tracą wiązanie, albo zyskują przechodzący elektron, tworząc konwencjonalną parę kowalencyjną.

Naukowcy skupili się na pochodnych heksafenyloetanu (HPE), które ich zdaniem tworzą stosunkowo stabilne karbokationy i rodniki (atom lub cząsteczka z niesparowanym elektronem). HPE mają wydłużone wiązanie między dwoma atomami węgla. Ich produkt zawiera powłokę pierścieni węglowych otaczających wiązanie węgiel-węgiel, które ulega rozciąganiu, aż do utraty jednego ze swoich elektronów. Traktując obie strony wiązania jodem w różnych stężeniach, zespół uzyskał; „Ciemnofioletowe monokryształy odpowiednie do pomiarów dyfrakcji promieni rentgenowskich.”

Autorzy twierdzą, że wyraźna geometria atomów w krysztale świadczy o obecności wiązania pojedynczego atomu, co zostało później potwierdzone za pomocą spektroskopii Ramana.

Współautor badania, dr Takuya Shimagiri z Uniwersytetu Tokijskiego, powiedział: „Wiązania kowalencyjne to jedna z najważniejszych koncepcji w chemii, a odkrycie nowych typów wiązań chemicznych jest niezwykle obiecujące w kontekście poszerzania rozległych obszarów przestrzeni chemicznej”. Wiadomości przyrodnicze.

Profesor Guy Betrand z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (niebędący autorem tego badania) był częścią zespołu, który wykazał istnienie pojedynczego wiązania elektronowego pomiędzy atomami fosforu. W rozmowie z Nature News wyraził uznanie dla osób zaangażowanych w nowe odkrycie, mówiąc: „Za każdym razem, gdy robisz coś z węglem, wpływ jest większy niż w przypadku jakiegokolwiek innego pierwiastka”.

Możliwość istnienia pojedynczego wiązania elektronowego pomiędzy dwoma atomami węgla Zasugerowano Linus Pauling w 1931 r. Pauling został uhonorowany jako jeden z nielicznych naukowców, którzy zdobyli dwie Nagrody Nobla, ale postulował także nieprawidłowy model DNA, a później został wyśmiany za promowanie ogromnych dawek witaminy C.

Nie złożono jeszcze żadnych wniosków, ale współautor, profesor Yusuke Ishigaki z Uniwersytetu Haikkaido, powiedział: „Wyjaśnienie natury jednoelektronowych wiązań sigma między dwoma atomami węgla jest niezbędne do głębszego zrozumienia teorii wiązań chemicznych i zapewni dalszy wgląd w reakcje chemiczne”. oświadczenie.

Artykuł ukazuje się w czasopiśmie natura.