Нечасто химики создают новый тип химической связи, но сейчас они сделали это. Ковалентная связь, которая опирается на один электрон, была создана почти столетие спустя после того, как она была впервые предложена.
Такуя Шимаджири из Токийского университета и его коллеги годами проверяли пределы химических связей. Раньше они экспериментировали с необычно длинными и гибкими связями, а теперь взялись за идею, впервые предложенную в 1931 году химиком Лайнусом Полингом: химическая связь, образованная всего одним электроном.
Все известные ковалентные связи, в которых атомы соединяются путем обмена электронами, содержат два, четыре, шесть или восемь электронов, но Полинг предположил, что ковалентная связь может существовать с одним электроном, общим для двух атомов. Чтобы создать ее, исследователи использовали химическую реакцию для удаления электрона из существующей двухэлектронной ковалентной связи между двумя атомами углерода. Они использовали большой углеводород, который имеет исключительно длинные связи между своими атомами углерода, что означает, что для электрона из другого места молекулы было бы энергетически затратно заменить тот, который они удалили.
Шимаджири говорит, что прошлые эксперименты, в которых пытались вычитать электроны, оставляли слабые связи, которые разрывались слишком быстро для окончательного химического анализа. Но молекула его команды оставалась достаточно стабильной, чтобы ее можно было анализировать с помощью рентгеновских лучей и нескольких видов света. Основываясь на том, как это излучение отражалось или поглощалось, они определили, что у нее была стабильная одноэлектронная связь.
«Нечасто можно найти молекулу с новым типом связи», — говорит Генри Рзепа из Имперского колледжа Лондона. Он говорит, что молекула имела в общей сложности 278 электронов, поэтому было настоящим подвигом и удалить нужный, и не дать всем остальным немедленно заменить его. Рзепа говорит, что это «крупное открытие», которое может привести химиков к созданию совершенно новых семейств молекул.
Химики теперь могут изучать, как одноэлектронные ковалентные связи могут изменять химические реакции, говорит Шимаджири. Но у него и его коллег есть и более важные вопросы.
«Мы стремимся прояснить, что такое ковалентная связь, а именно, в какой момент связь считается ковалентной, а в какой — нет? Наша цель — исследовать широкий спектр связей, которые еще предстоит открыть», — говорит он.
