Carbon có thể tạo ra nhiều hơn 4 liên kết-Phân tử Hexamethylbenzene

Các nhà khoa học xác nhận một phân tử bất bình thường có thể tạo được 6 liên kết.

 

THỜI GIAN TẠO LIÊN KẾT Khi hexamethylbenzene mất hai electron, nó sắp xếp cấu trúc lại từ một vòng tròn lục giác phẳng ban đầu thành kim tự tháp 5 mặt như hình trên. Các nguyên tử carbon trên đỉnh của kim tự tháp liên kết với sáu nguyên tử carbon khác trái ngược với bốn liên kết như bình thường.

Các nhà khoa học đã xác nhận một phân tử được đề xuất lần đầu hơn 40 năm trước đã phá vỡ các quy tắc về cách cacbon liên kết với các nguyên tử khác. Trong trường hợp bất bình thường này, một nguyên tử carbon liên kết với sáu nguyên tử carbon khác. Các nhà nghiên cứu báo cáo vào ngày 2 tháng giêng Angewandte Chemie về cấu trúc này, cấu trúc được xác định cấu trúc lần đầu tiên bằng tia X và là một ngoại lệ đối với kiến thức cơ bản về giới hạn bốn liên kết của carbon.

Mặc dù ý tưởng về cấu trúc không phải là mới, nhưng tôi nghĩ nó có tác động lớn hơn khi ai đó có thể nhìn thấy bức tranh về phân tử này “, Dean Tantillo, một nhà hóa học tại Đại học California, Davis, người không thuộc nhóm nghiên cứu này. “Điều cực kỳ quan trọng là mọi người nhận ra rằng mặc dù chúng ta được dạy carbon chỉ có thể có bốn liên kết, nó còn có thể liên kết được hơn cả con số bốn.”

Liên kết các nguyên tử bằng cách chia sẻ các electron. Trong một liên kết điển hình, hai electron được chia sẻ, mỗi nguyên tử liên kết góp vào một. Carbon có bốn electron tự do, do đó nó có xu hướng tạo thành bốn liên kết với các nguyên tử khác.

Nhưng quy tắc đó không phải lúc nào cũng được giữ vững. Vào những năm 1970, các nhà khoa học đã khám phá ra một phân tử gọi là hexamethylbenzene. Phân tử này có một vòng tròn lục giác phẳng cấu tạo sáu nguyên tử cacbon. Một nguyên tử cacbon gắn vào mỗi cacbon của vòng, như sáu cánh tay nhỏ bé. Các nguyên tử hydro gắn với các nhánh của vòng. Và các electron tự do còn lại chuyển động ở giữa vòng, tăng cường các liên kết và làm cho phân tử ổn định hơn.

Khi các nhà khoa học loại bỏ hai electron khỏi phân tử, làm cho phân tử mang điện tích dương, một số bằng chứng cho thấy nó có thể thay đổi một cách đáng kể hình dạng của nó. Nó dường như sắp xếp lại sao cho một nguyên tử carbon liên kết được với sáu nguyên tử carbon khác. Nhưng các nhà nghiên cứu đã không thực nghiệm xác nhận cấu trúc đó.
Bây giờ đây, một phòng thí nghiệm khác đã lật lại câu hỏi này. Tác giả của bài báo Moritz Malischewski, một nhà hóa học tại Đại học Free University of Berlin, cho biết cấu trúc tích điện này của hexamethylbenzene là một thách thức vì nó chỉ ổn định trong axit cực mạnh. Và các chi tiết thực nghiệm trong nghiên cứu cũ hơi mập mờ. Nhưng sau một chút điều chỉnh, ông đã tạo ra được một phân tử tích điện. Ông và đồng tác giả Konrad Seppelt kết tinh nó với một số phân tử khác, và sau đó sử dụng tia X để có được một bản đồ ba chiều của cấu trúc tinh thể.

Thử nghiệm bằng tia X đã khẳng định những gì các nhà khoa học khác đã gợi ý trong những năm 1970: Khi hexamethylbenzene mất hai điện tử, nó tự sắp xếp lại. Một nguyên tử carbon nhảy ra khỏi vòng tròn và đứng ở một vị trí mới là đỉnh, biến vòng lục giác phẳng thành một kim tự tháp carbon năm mặt. Và cacbon trên đỉnh kim tự tháp thật sự được liên kết với sáu nguyên tử cacbon khác – năm ở đáy, và một ở phía trên nó.

“Phân tử này rất đặc biệt”, Malischewski phát biểu. Mặc dù các nhà khoa học đã tìm ra những ngoại lệ khác đối với giới hạn bốn liên kết của carbon,nhưng đây là lần đầu tiên nhìn thấy cacbon liên kết với nhiều nguyên tử cacbon khác.

Khi Malischewski đo chiều dài của các liên kết hoá học của các phân tử, sáu liên kết của carbon ở đỉnh kim tự tháp đều dài hơn một liên kết carbon-cacrbon bình thường. Một liên kết dài hơn nhìn chung thường không mạnh. Vì vậy khi liên kết với nhiều nguyên tử hơn, carbon sẽ tạo ra các liên kết yếu hơn tới từng nguyên tử.
“Carbon không phải tạo ra sáu liên kết theo định nghĩa mà chúng ta thường nghĩ đến một liên kết carbon-carbon như một liên kết hai electron”, Tantillo nói. Đó là vì nguyên tử carbon vẫn chỉ có bốn electron tự do để chia sẻ. Kết quả là, nó mở rộng một chút bằng cách chia sẻ các điện tử giữa sáu liên kết.
Vòng carbon

Hexamethylbenzene (hình bên dưới) là một vòng tròn lục giác phẳng cấu tạo từ sáu nguyên tử cacbon (màu xám), với các nhánh cacbon chìa ra ngoài. Các nguyên tử hydro (màu trắng) gắn với cacbon nhánh.

JYNTO/WIKIMEDIA COMMONS (CC0 1.0)

Hoài Thu
Theo Sciencealert.comn

Facebook Comments

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *