Впервые получено доказательство углерод-углеродной одноэлектронной σ-связи
Прошло почти столетие с тех пор, как идея одноэлектронной связи была предложена
Ученые обнаружили молекулу с двумя атомами углерода, разделяющими один электрон. Недавно сообщалось о примерах атомов из различных элементов, имеющих одноэлектронные ковалентные связи, но это первый случай, когда это происходит между двумя атомами углерода. Учитывая центральную роль углеродных связей в формировании жизни, новый способ их объединения имеет значение, выходящее далеко за рамки большинства связей между атомами.
Ковалентные связи обычно подразумевают обмен парами электронов между двумя атомами, связывая их вместе. Иногда электроны образуют несколько ковалентных связей, что делает соединение особенно трудноразрушимым. Причем на протяжении более чем столетия идея о том, что пары электронов необходимы, в основном сохранялась.
Между другими атомами были обнаружены одиночные электронные связи, например, когда молекула фосфора теряет один из своих электронов, она не всегда распадается. Однако такие связи, как правило, слабые. Открытие такой между двумя атомами углерода, достаточно сильной для того, чтобы большая молекула оставалась вместе, позволит химикам исследовать серую зону между связанными и несвязанными состояниями.
Поскольку любая электронная связь между атомами углерода обречена быть слабой, химики, ищущие пример, должны были найти способ стабилизировать молекулы, а не заставить другие реакции разрушать их. При малейшей возможности атомы либо полностью теряют связь, либо захватывают проходящий электрон, образуя традиционную ковалентную пару.
Исследователи сосредоточились на производных гексафенилэтана (HPE), которые, по их словам, образуют относительно стабильные карбокатионы и радикалы (атом или молекула с неспаренным электроном). HPE имеют растянутую связь между двумя атомами углерода. Их продукт имеет оболочку из углеродных колец, окружающих углерод-углеродную связь, которая растягивается до тех пор, пока не потеряет один из своих электронов. Обрабатывая обе стороны связи йодом разной концентрации, команда ученых произвела: «Темно-фиолетовые монокристаллы, пригодные для рентгеновских дифракционных измерений».
Авторы утверждают, что характерная геометрия атомов внутри кристалла доказывает наличие одноатомной связи, что впоследствии было подтверждено с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света.
«Ковалентная связь является одним из самых важных понятий в химии, и открытие новых типов химических связей имеет большие перспективы для расширения обширных областей химического пространства», — сказал соавтор исследования доктор Такуя Шимаджири из Токийского университета.
Возможность существования одноэлектронной связи между двумя атомами углерода была предложена американским химиком Лайнусом Полингом в 1931 году. Его почитают как одного из немногих ученых, получивших две Нобелевские премии, но он также постулировал неверную модель ДНК и впоследствии был осмеян за пропаганду приема очень больших доз витамина С для профилактики здоровья.
Статья об исследовании была опубликована в журнале Nature.