탄소-전자 고립쌍의 첫 번째 예는 교과서를 다시 작성할 수 있습니다

단일 전자를 공유하는 두 개의 탄소 원자를 포함하는 분자가 밝혀져 화학 교과서에 도전하고 있습니다. 단일 전자 공유 결합을 공유하는 서로 다른 원소의 원자의 예가 최근 보고되었지만 두 탄소 원자 사이에서 발생하는 경우는 처음입니다. 생명체 형성에서 탄소 결합이 갖는 중심 위치를 고려할 때, 탄소 결합이 조립되는 새로운 방식은 대부분의 원자 간 결합보다 훨씬 중요합니다.

공유 결합은 일반적으로 두 원자 사이에 공유되는 전자쌍을 포함하여 서로 결합합니다. 때때로 전자는 다중 공유 결합을 형성하므로 무언가를 깨는 것이 특히 어렵습니다. 물론 진실은 더 복잡합니다. 항상 그렇죠? 그러나 한 세기가 넘도록 전자쌍이 필요하다는 생각은 대부분 사실로 남아 있었습니다.

단일 전자 결합은 다른 원자 사이에서 발견됩니다. 예를 들어 인 분자가 전자 중 하나를 잃어도 항상 분해되는 것은 아닙니다. 그러나 이러한 결합은 일반적으로 약합니다. 큰 분자를 함께 묶을 수 있을 만큼 강한 두 개의 탄소 원자 사이에 단일 원자가 발견되면 화학자들은 결합 상태와 결합되지 않은 상태 사이의 회색 영역을 탐색할 수 있습니다.

탄소 원자 사이의 단일 전자 결합은 약해야 하므로, 예를 찾고 있는 화학자들은 다른 반응으로 분자를 파괴하기보다는 분자를 안정화시키는 방법을 찾아야 합니다. 아주 작은 기회에도 원자는 결합을 완전히 잃거나 통과하는 전자를 얻어 전통적인 공유쌍을 형성합니다.

연구진은 상대적으로 안정적인 탄수화물과 라디칼(홀전자를 가진 원자 또는 분자)을 형성하는 헥사페닐에탄(HPE) 유도체에 초점을 맞췄습니다. HPE는 두 개의 탄소 원자 사이에 확장된 결합을 가지고 있습니다. 그들의 제품에는 탄소-탄소 결합을 둘러싼 탄소 고리 껍질이 포함되어 있으며 전자 중 하나를 잃을 때까지 늘어납니다. 연구팀은 결합의 양면을 서로 다른 농도의 요오드로 처리함으로써 다음과 같은 결과를 얻었습니다. “X선 회절 측정에 적합한 진한 보라색 단결정입니다.”

저자들은 결정 내 원자의 독특한 기하학적 구조가 단일 원자 결합의 존재를 증명한다고 주장하며, 이는 나중에 라만 분광법을 사용하여 확인되었습니다.

연구 공동 저자인 도쿄 대학의 Takuya Shimagiri 박사는 “공유 결합은 화학에서 가장 중요한 개념 중 하나이며, 새로운 유형의 화학 결합의 발견은 화학 공간의 광대한 영역을 확장할 수 있는 큰 가능성을 가지고 있습니다.”라고 말했습니다. 자연 뉴스.

캘리포니아 대학교 산타 바바라 캠퍼스의 Guy Betrand 교수(이 연구의 저자가 아님)는 인 원자 사이의 단일 전자 결합의 존재를 입증한 팀의 일원이었습니다. Nature News와의 인터뷰에서 그는 “탄소로 무엇인가를 할 때마다 그 영향은 다른 어떤 원소보다 더 큽니다.”라고 말하면서 새로운 발견에 대해 관련자들에게 공로를 인정했습니다.

두 탄소 원자 사이에 단일 전자 결합이 존재할 가능성 제안됐다 1931년 Linus Pauling 작성. Pauling은 두 개의 노벨상을 수상한 몇 안 되는 과학자 중 한 명으로 영예를 얻었지만 그는 또한 잘못된 DNA 모델을 가정했으며 나중에는 대량의 비타민 C를 홍보했다는 이유로 조롱을 받았습니다.

아직 제안된 신청서는 없지만 공동 저자인 하이카이도 대학의 이시가키 유스케 교수는 다음과 같이 말했습니다. “두 개의 탄소 원자 사이의 단일 전자 시그마 결합의 특성을 밝히는 것은 화학 결합 이론을 더 깊이 이해하는 데 필수적이며 화학 반응에 대한 추가 통찰력을 제공할 것입니다.” 성명.

논문이 저널에 게재되었습니다. 자연.