Использование рентгеновского дифрактора для изучения сигма-связи. Автор: Юсуке Ишигаки
Ковалентные связи, в которых два атома связаны друг с другом посредством общей пары электронов, образуют основу, лежащую в основе большинства органических соединений. В 1931 году лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг предположил, что ковалентные связи, образованные всего одним неспаренным электроном, могут существовать, но эти одноэлектронные связи, вероятно, будут намного слабее стандартной ковалентной связи, включающей пару электронов.
С тех пор одноэлектронные связи были обнаружены, но никогда в углероде или водороде — охота за одноэлектронными связями, общими между атомами углерода, загнала ученых в тупик.
Теперь группа исследователей из Университета Хоккайдо выделила соединение, в котором один электрон совместно используется двумя атомами углерода в удивительно стабильной ковалентной связи, известной как сигма-связь. Их выводы опубликованы в журнале Nature.
«Выяснение природы одноэлектронных сигма-связей между двумя атомами углерода имеет важное значение для более глубокого понимания теорий химических связей и позволит глубже понять химические реакции», — объясняет профессор Юсукэ Ишигаки с химического факультета Университета Хоккайдо, который является соавтором исследования.
Структура соединения, подчеркивающая сигма-связь C–C (красная). Автор: Такуя Шимаджири и др. Nature. 25 сентября 2024 г.
Одноэлектронная связь была образована путем воздействия на производное гексафенилэтана, которое содержит чрезвычайно растянутую ковалентную связь парных электронов между двумя атомами углерода, реакции окисления в присутствии йода. Реакция дала темно-фиолетовые кристаллы соли йода.
Команда использовала рентгеноструктурный анализ для изучения кристаллов и обнаружила, что атомы углерода в них были чрезвычайно близко друг к другу, что предполагает наличие одноэлектронных ковалентных связей между атомами углерода. Затем они смогли подтвердить это с помощью формы химического анализа, называемой спектроскопией Рамана.
«Таким образом, эти результаты представляют собой первое экспериментальное доказательство существования углерод-углеродной одноэлектронной ковалентной связи, которая, как можно ожидать, проложит путь для дальнейшего развития химии этого малоизученного типа связи», — говорит Такуя Шимаджири, ведущий автор статьи, ныне работающий в Токийском университете.
Дополнительная информация: Такуя Шимаджири и др., Прямые доказательства существования углерод-углеродной одноэлектронной σ-связи, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07965-1. www.nature.com/articles/s41586-024-07965-1
Информация о журнале: Nature
Предоставлено Университетом Хоккайдо
