新的碳分子有6個鍵,化學課本要大改寫了!

Comment is Closed

什麼??

它是基礎化學的東西:碳只能形成四個鍵,因為它只有四個可共享的電子。

但是這個規則不再適用了,因為科學家證實了一個可以形成六個鍵的怪異碳分子的存在,意味著高中化學教科書最典型的碳四價例子,現在出現一個很大的警告。

如果這一切讓你有點歇斯底里,我們就在你身邊。

因為當這些日子”撕毀你的教科書!”是一句被到處亂扔的短語時,這是一種情況,科學的事實遠比在化學課引導我們要相信的還要複雜得多。

不是這項研究的一分子、來自加州大學戴維斯分校(University of California, Davis)的化學家迪恩‧譚提洛(Dean Tantillo)告訴科學新聞雜誌(Science News):「這是超級重要的,人們認識到雖然我們被教導碳只能有四個朋友,但實際上碳能夠結合超過四個原子。」


Dean Tantillo

因此,告訴你是怎麼一回事。

推薦文章:  為什麼男人不用餵奶也會有乳頭?

回在1973年,德國研究人員提出利用六甲基苯(hexamethylbenzene)理論上可能可以產生具有六個鍵的碳分子。

六甲基苯也稱為六甲苯(mellitene),當碳與氫像這樣結合時,這個碳氫化合物就形成:


 Jynto/Wikimedia

這個平的六邊形環是由六個灰色碳原子所組成。這些碳連結到6個額外的碳’臂’以及白色的氫原子

正如你可以看到,這些碳原子不是形成1個連接其它3個碳原子的鍵,就是形成1個連接1個碳原子和3個氫原子的鍵。

一個典型的鍵有兩個電子被共享,每個原子提供一個電子。在這個化合物中,沒有被共享的剩餘電子停留在六角形環的中間,來強化既有的鍵,如上圖的虛線所示。

但德國研究人員提出這個問題:如果六甲基苯分子碰巧失去兩個電子,會發生什麼事呢?

他們認為這會迫使分子成為一個非常不穩定、本身帶正電荷的版本。基本上崩塌成一個金字塔形狀,正如你可以看到在下面的圖片:


 Moritz Malischewski & Konrad Seppelt

新科學人雜誌(New Scientist)作者莉貝卡‧波意(Rebecca Boyle)說:「在這樣的安排,有六個電子可用來連接金字塔頂部到在環的其餘部分的五個碳和額外的臂。」

推薦文章:  1.95億年的恐龍骨頭中發現軟組織!

「但沒有人重複檢查這個分子的形狀,直到現在。」

來自德國柏林自由大學(Free University of Berlin)的化學家莫里茲‧馬里休斯基(Moritz Malischewski)所領導的團隊,決定嘗試合成六甲基苯分子以證實它的結構。

要等這麼久才有人企圖要做的原因是這種化合物只有在極強酸中才能穩定,所以如果你想要弄亂六甲基苯,你必須真正知道你在做什麼。

一旦化合物結晶,這個團隊用X射線來炸開它 以便於產生立體結構模型。

果然,他們發現兩個電子被推擠出結構,而且在內部有了戲劇性的改變。

新科學人雜誌作者勞瑞爾‧哈默斯(Laurel Hamers)說:「一個碳原子跳出這個環,然後在頂端佔領一個新位置,將平的六邊形環轉換成五個邊的碳金字塔。」

推薦文章:  科學家發現如何煮米飯讓卡路里減半的簡單方法!

「而且在金字塔頂端的碳的確連結到其他6個碳;5個在環的下面,一個在上面。」

要記住的是,不是所有產生的鍵都是能勝任的,因為雖然這個分子真的擁有六個碳鍵,但它們與形成大多數化合物的四鍵的強度或穩定性還差得遠。

因為在六個鍵之間必須共享更少的電子,譚提洛告訴哈默斯:「碳不是在我們通常認為碳-碳鍵是雙電子鍵的意義上產生六個鍵。」

證實這個有40年的假設意味著我們現在肯定地知道碳連結遠比我們對它的了解更加複雜,而且甚至可能會有更奇怪的分子結構。

然而,即使是這個領域最知名的化學家,也不是每一天都感到震驚。如同馬里休斯基告訴新科學人雜誌:「這全都是挑戰,而且關於什麼可以是可能的,有可能會讓化學家感到驚訝。」

這項研究發表於應用化學期刊(Angewandte Chemie)

來源: ScienceAlert