Новости химической науки > Плоский четырехкоординированный атом углерода

Исследователям из Великобритании удалось синтезировать органическое соединение, в котором углы связей при плоском четырехкоординированном углероде составляют почти 90°. Атом углерода, находящийся в столь необычном геометрическом состоянии связан с двумя атомами лития и двумя объемными органическими лигандами.

Центральный атому углерода (черный), окружение которого представляет собой искаженный плоский квадрат, связан с двумя атомами лития (красные) и двумя атомами фосфора (пурпурные). (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2010, DOI:10.1002/anie.201002483)

Известно, что атом углерода, окруженный четырьмя различными структурными элементами, находится в состоянии sp³ гибридизации, при этом гибридные орбитали направлены к вершинам правильного тетраэдра, угол между которыми равен 109°28', что соответствует наименьшей энергии отталкивания электронов. До настоящего времени существенные отклонения от правильных углов тетраэдра наблюдались у тетракоординированных атомов углерода, входящих в состав напряженных трех- и четырехчленных циклов.

Однако, Стефан Лиддл (Stephen Liddle) из Университета Ноттингема поясняет, что и в плоскоквадратном окружении может существовать и внециклический тетракоординированный атом углерода – для стабилизации такой геометрии углерода необходима замена связанных с атомом углерода органических лигандов на щелочные металлы, например, литий.

Лиддл признает, что идея стабилизации плоскоквадратной конфигурации углерода не нова – она была теоретически предсказана в 70-е годы ХХ века Паулем фон Шлейером (Paul von Schleyer) (в настоящее время работающем в Университете Джорджии), более того – в ряде исследовательских групп были получены соединения, содержащие атомы углерода в плоскоквадратном состоянии. Однако, во всех ранее продемонстрированных примерах наблюдалось цис-расположение атомов лития с углом 90° в системе Li-C-Li; более того, соединения с цис-расположением атомов лития часто димеризуются, что затрудняет интерпретацию их строения.

Новая молекула, сконструированная и синтезированная в группе Лиддла, мономерна, поэтому у исследователей даже не возникает вопрос о том, какие атомы лития принадлежат какому углероду, причем атомы лития находятся в транс-конфигурации друг относительно друга. Хотя атом углерода в новой системе и не находится в идеальном плоскоквадратном окружении, исследователи подтвердили факт взаимодействия углерода с обоими атомами лития с помощью квантово-химических расчетов. Лиддл подчеркивает, что при анализе системы химический связей не все вещи являются тем, чем они кажутся, и, зачастую, данных рентгеноструктурного анализа недостаточно – вероятность перекрывания орбиталей должна быть дополнительно подтверждена с помощью методов квантовой химии.

Роберт Малви (Robert Mulvey), специалист по литийорганической химии из Университета Стратклайда (Великобритания) восхищен простотой находки – в особенности использованием N,N,N',N'-тетраметиленэтилэтилендиамина [N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA)] одновременно для увеличения основности литиевого основания и для предотвращения агрегации конечного продукта реакции. Малви полагает, что новое открытие стимулирует многих специалистов как по теоретической, так и по практической металлоорганической химии.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2010, DOI:10.1002/anie.201002483

метки статьи: #квантовая химия, #органическая химия, #органический синтез, #физическая химия, #элементоорганическая химия