Химики получили углеводород с рекордной длиной связи между атомами углерода

Y. Ishigaki et al./ Chem, 2018 Y. Ishigaki et al./ Chem, 2018

Японские химики синтезировали углеводород с рекордно длинной одинарной связью между двумя атомами углерода. В полученном соединении длина одной из одинарных ковалентных углерод-углеродных связей составила 0,1806 нанометра, что примерно на 17 процентов больше обычного значения, пишут ученые в Chem.

Основу любой органической молекулы составляет углеродный скелет, в котором атомы углерода связаны друг с другом прочными ковалентными связями. Длина этих связей зависит в первую очередь от их кратности и типа гибридизации электронных орбиталей в атоме углерода. В зависимости от того, сколько электронных орбиталей участвует в образовании связи, ее длина обычно составляет от 0,12 нанометров в алкинах до 0,154 нанометров в алканах. Длина каждого типа связи (одинарная, двойная или тройная) жестко фиксирована и может меняться лишь в очень узких пределах. Чтобы ее увеличить или уменьшить, необходимо исказить структуру углеродного скелета так, чтобы он перешел в напряженное состояние. Это можно сделать или с помощью присоединения к молекуле функциональных групп, или за счет процессов кристаллизации, при которых необходимость упаковки большого количества молекул в упорядоченную периодическую структуру приводит к смещению равновесного положения.

В настоящее время для кристаллических структур, состоящих из нескольких блоков, удавалось наблюдать удлинение отдельных углерод-углеродных связей вплоть до 0,171 нанометра, для отдельных молекул, в которых длина и энергия связи определяется только внутренней структурой молекулы, рекорд немного ниже. В октябре прошлого года ученые из Украины и Германии синтезировали димерную углеводородную молекулу, состоящую из двух небольших кластеров с алмазоподобной структурой. За счет искривления молекулярной структуры из-за возникающих внутри молекулы напряжений одинарную связь между атомами углерода, соединяющих два этих кластера, удалось растянуть до 0,163 нанометра, что на 0,01 нанометра больше обычной одинарной связи.

Химические структуры углеводородов с различной длиной одинарной углерод-углеродной связи. Под каждым соединением указана длина связи, полученная с помощью рентгено-структурного анализа кристаллов. Рамкой обведена структура молекулы, исследованная в данной работе, с длиной связи 0,1806 нанометра. Y. Ishigaki et al./ Chem, 2018

Группе химиков из Японии под руководством Таконори Судзуки (Takanori Suzuki) из Университета Хоккайдо удалось синтезировать углеводородное соединение, в котором длина одной одинарной углерод-углеродной связи составляет около 0,180 нанометра. Атомы углерода, между которыми была образована такая длинная связь, были присоединены к нафталиновому фрагменту молекулы, состоящему из двух бензольных колец. Чтобы дополнительно растянуть образовавшуюся связь, к каждому из атомов углерода присоединили по крупному заместителю с циклической структурой.

Теоретический анализ показал, что в молекуле с подобной структурой действительно должна образоваться довольно слабая углерод-углеродная связь длиной около 0,18 нанометра. Чтобы подтвердить численные расчеты экспериментально, синтезированное соединение ученые исследовали в кристаллической фазе с помощью методов рентгеновской дифракции и рамановской спектроскопии. В результате химикам удалось оценить геометрические параметры молекулы: длины связей и углы вращения при температурах от −70 до 130 градусов Цельсия.

Оказалось, что такие соединения действительно устойчивы в широком интервале температур, и при 130 градусах длина связи достигает значения 0,1806 нанометра, что в 1,17 раз больше стандартной длины одинарной связи между атомами углерода в углеводородных соединениях. При этом такая связь более, чем в 4 раза, слабее обычной углерод-углеродной связи (около 100 ньютонов на метр против 440 ньютона на метр для молекулы этана C2H6). При этом изменяя структуру циклических заместителей в молекуле, можно варьировать ее длину и энергию.

Ученые отмечают, что это первое соединение, в котором длина связи между двумя атомами углерода с sp3-гибридизацией преодолела уровень 0,186 нанометра и достигла теоретического предела длины одинарной связи в углеводородах, после которого молекулы становятся неустойчивыми. Интересно, что это расстояние оказалось даже больше, чем минимальная длина, на которой могут находиться два невзаимодействующих атома углерода.

В неорганических соединениях длина связи не так жестко фиксирована, как в органических. В исключительных случаях, например для димерных цезиевых молекул, состоящих из атомов в ридберговском состоянии, на небольшое время — в несколько десятков микросекунд — удается фиксировать длину химической связи вплоть до 1 микрометра.

Автор: Александр Дубов

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (3 votes)
Источник(и):

nplus1.ru



Категории статьи