Denník N

Pravidlá sú nato, aby sa porušovali, aj v chémii: po prvý raz pripravili šesťväzbový uhlík

Štruktúra zlúčeniny obsahujúca šesťväzbový uhlík. Všetky „normálne“ uhlíky majú okolo seba iba štyri väzby. Na vrchole pyramídy sa však okolo uhlíka (označený červenou farbou) nachádza až šesť väzieb. Foto – Martina Ribar Hestericová, Wiley
Štruktúra zlúčeniny obsahujúca šesťväzbový uhlík. Všetky „normálne“ uhlíky majú okolo seba iba štyri väzby. Na vrchole pyramídy sa však okolo uhlíka (označený červenou farbou) nachádza až šesť väzieb. Foto – Martina Ribar Hestericová, Wiley

Na prípravu exotickej zlúčeniny obsahujúcej šesťväzbový uhlík použili chemici magickú kyselinu.

Je to jedno z najzákladnejších pravidiel organickej chémie, ktoré sa učíme všetci už na strednej škole: uhlík je štvorväzbový.

Môj prvý učiteľ chémie dokonca zvykol tvrdiť, že „pokiaľ dokážete narátať do štyroch, nemáte v organike problém“. V skratke toto pravidlo znamená, že uhlík dokáže v zlúčeninách vytvárať okolo seba 4 väzby, nie viac.

Platí to univerzálne pre zlúčeniny, v ktorých sú uhlíky medzi sebou prepojené jednoduchými väzbami (alkány), ale aj v molekulách, v ktorých sú medzi uhlíkmi dve alebo tri väzby (alkény a alkíny).

V alkénoch ostanú dve väzby, pomocou ktorých sa uhlík môže ďalej prepájať, v alkínoch zase už iba jedna.

Štruktúra uhľovodíkov. Či už ide o alkány, alkény alebo alkíny, uhlík je vždy štvorväzbový. Foto - Martina Ribar Hestericová
Štruktúra uhľovodíkov. Či už ide o alkány, alkény, alebo alkíny, uhlík je vždy štvorväzbový. Foto – Martina Ribar Hestericová

Toto pravidlo však platilo iba donedávna. Dvojici nemeckých chemikov sa totiž podarilo pripraviť zlúčeninu, ktorá toto pravidlo porušuje, obsahuje totiž až šesťväzbový uhlík.

Chémia s kvapkou mágie

Molekula obsahujúca šesťväzbový uhlík vyzerá pomerne exoticky. Ide o pyramídu s podstavou päťuholníka, ktorej vrchol obsahuje navyše ešte jednu metylovú skupinu (CH3). Na vrchole tejto pyramídy sa nachádza uhlík, ktorý má okolo seba šesť väzieb.

Štruktúra zlúčeniny obsahujúca šesťväzbový uhlík. Všetky "normálne" uhlíky majú okolo seba iba štyri väzby. Vo vrchole pyramídy sa ale okolo uhlíka (označený červenou farbou) nachádza až šesť väzieb. Foto - Martina Ribar Hestericová, Wiley
Štruktúra zlúčeniny, ktorá obsahuje šesťväzbový uhlík. Všetky „normálne“ uhlíky majú okolo seba iba štyri väzby. Na vrchole pyramídy sa však okolo uhlíka (označený červenou farbou) nachádza až šesť väzieb. Foto – Martina Ribar Hestericová/Wiley

Existenciu takejto molekuly chemici predpovedali už začiatkom sedemdesiatych rokov minulého storočia. Hovorili, že ak molekule hexametylbenzénu (šesť uhlíkov v kruhu, z nich každý obsahuje ešte jednu metylovú skupinu) odoberú dva elektróny, dôjde k prešmyku atómov a vytvoreniu tejto exotickej pyramídy s dvojnásobným kladným nábojom.

Pokusy o odobratie dvoch elektrónov zo stabilnej štruktúry hexametylbenzénu už boli pomerne úspešné. Chemici na tento proces izomerizácie využívajú extrémne silné kyseliny. Nikdy sa však nepodarilo výslednú molekulu pozorovať priamo.

Moritz Malishevski a Konrad Seppelt pripravili výslednú zlúčeninu s využitím takzvanej magickej kyseliny. Vzorec tejto zlúčeniny je F6HO3SSb a ide vlastne o zmes fluoridu antimoničného a kyseliny fluorosírovej.

Výslednú zlúčeninu z tejto zmesi vykryštalizovali (pyramída tvorila katónovú zložku zlúčeniny, anión zase SbF6). Výsledky uverejnili v prestížnom chemickom časopise Angewandte Chemie Int. Ed.

Komplexnejšia, ako sme si mysleli

Kryštál uvedenej zlúčeniny vedci podrobili takzvanej röntgenovej štruktúrnej analýze (röntgenovej kryštalografii). Ide o analytickú metódu, pomocou ktorej je možné rozlúštiť rozmiestnenie jednotlivých atómov v 3D priestore. Ide o jednoznačný dôkaz štruktúry akejkoľvek zlúčeniny, dokonca aj veľmi zložitých bielkovín.

Počas merania sa kryštál ožiari röntgenovými lúčmi. Keď cezeň lúče prechádzajú, menia svoju dráhu a ohýbajú sa. Dochádza tu k javu, ktorý sa volá difrakcia svetla. Na konci merania vznikne difrakčný obraz, ktorého rozlúštením získajú vedci informáciu o štruktúre meranej látky.

Toto meranie vedci vykonali po prvý raz, odkedy sa predpokladala existencia takejto molekuly. Treba však podotknúť, že aj keď zlúčenina formálne skutočne obsahuje šesť väzieb okolo jedného uhlíka, nie všetky z týchto väzieb sú si rovné. Niektoré sú omnoho slabšie, čo vysvetľuje aj vysokú nestabilitu tejto pyramidálnej zlúčeniny.

Aj napriek tomu ide o dôkaz toho, že v chémii nie je všetko známe a že pravidlá sa porušujú aj v nej.

Dostupné z doi: 10.1002/anie.201608795.

🗳️ Ak chcete podporiť našu prácu pred druhým kolom volieb aj nad rámec predplatného, môžete to urobiť aj darom.🗳️

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na [email protected].

Príroda

Veda

Teraz najčítanejšie