นักวิทยาศาสตร์ได้ยืนยันแล้วว่าโมเลกุลที่เสนอเมื่อ 40 ปีที่แล้วผิดกฎว่าคาร์บอนเชื่อมต่อกับอะตอมอื่นอย่างไร ในกรณีที่ผิดปกตินี้ อะตอมของคาร์บอนจะจับกับอะตอมของคาร์บอนอื่นอีก 6 อะตอม โครงสร้างดังกล่าว ซึ่งถูกแมปเป็นครั้งแรกโดยใช้รังสีเอกซ์ เป็นข้อยกเว้นสำหรับหนังสือเรียนของคาร์บอนที่จำกัดเพื่อนสี่คนนักวิจัยรายงานเมื่อวันที่ 2 มกราคมที่ผ่านมาAngewandte Chemie
แม้ว่าแนวคิดสำหรับโครงสร้างจะไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่
“ผมคิดว่ามันมีผลกระทบมากขึ้นเมื่อมีคนเห็นภาพของโมเลกุล” Dean Tantillo นักเคมีจาก University of California, Davis กล่าวซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของ ศึกษา. “เป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งที่ผู้คนจะตระหนักว่าแม้ว่าเราจะสอนว่าคาร์บอนสามารถมีเพื่อนได้เพียงสี่คน แต่คาร์บอนสามารถเชื่อมโยงกับอะตอมมากกว่าสี่ตัวได้”
พันธะอะตอมโดยการแบ่งปันอิเล็กตรอน ในพันธะทั่วไปจะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 ตัว หนึ่งอิเล็กตรอนจากแต่ละอะตอมที่เกี่ยวข้อง คาร์บอนมีอิเลคตรอนที่สามารถแบ่งได้ 4 ตัว ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะสร้างพันธะสี่พันธะกับอะตอมอื่น
แต่กฎนั้นไม่ถือเสมอไป ในปี 1970 นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบโมเลกุลที่เรียกว่าเฮกซาเมทิลเบนซีนอย่างผิดปกติ โมเลกุลนี้มีวงแหวนหกเหลี่ยมแบนที่ทำจากอะตอมของคาร์บอนหกตัว อะตอมของคาร์บอนส่วนเกินเกาะออกจากจุดยอดแต่ละอันของวงแหวน ราวกับแขนเล็กๆ หกชิ้น อะตอมไฮโดรเจนยึดติดกับแขนของวงแหวน และอิเลคตรอนที่เหลือจะซิปรอบกลางวงแหวน เสริมพันธะและทำให้โมเลกุลมีเสถียรภาพมากขึ้น
แหวนคาร์บอน
เฮกซาเมทิลเบนซีน (แสดงไว้ที่นี่) เป็นวงแหวนหกเหลี่ยมแบนที่ทำจากอะตอมของคาร์บอน 6 อะตอม (สีเทา) โดยมีแขนคาร์บอนพิเศษยื่นออกมา อะตอมไฮโดรเจน (สีขาว) ยังยึดติดกับแขนคาร์บอนด้วย
JYNTO/วิกิมีเดียคอมมอนส์ ( CC0 1.0 )
เมื่อนักวิทยาศาสตร์นำอิเล็กตรอน 2 ตัวออกจากโมเลกุล ปล่อยให้มีประจุบวก หลักฐานบางอย่างบ่งชี้ว่าอาจเปลี่ยนรูปร่างได้อย่างมาก ดูเหมือนว่าจะจัดเรียงใหม่เพื่อให้อะตอมของคาร์บอนหนึ่งตัวถูกผูกมัดกับคาร์บอนอีกหกตัว แต่นักวิจัยไม่ได้ทดลองยืนยันโครงสร้างนั้น
ตอนนี้แล็บอื่นได้ทบทวนคำถามแล้ว ผู้เขียนร่วมการศึกษา Moritz Malischewski นักเคมีจาก Free University of Berlin กล่าวว่าการผลิตเฮกซาเมทิลเบนซีนรุ่นที่มีประจุนี้เป็นสิ่งที่ท้าทายเพราะจะมีความเสถียรเฉพาะในกรดที่แรงมากเท่านั้น และรายละเอียดการทดลองในการศึกษาแบบเก่าค่อนข้างคลุมเครือ แต่หลังจากซ่อมแซมเล็กน้อย เขาก็สามารถสร้างโมเลกุลที่มีประจุได้ เขาและผู้เขียนร่วม Konrad Seppelt ตกผลึกด้วยโมเลกุลอื่น ๆ แล้วใช้รังสีเอกซ์เพื่อให้ได้แผนที่สามมิติของโครงสร้างผลึก
การทดลองเอ็กซ์เรย์ได้ยืนยันสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้แนะนำไว้ในปี 1970: เมื่อเฮกซาเมทิลเบนซีนสูญเสียอิเล็กตรอนไป 2 ตัว มันก็จัดลำดับใหม่เอง อะตอมของคาร์บอนตัวหนึ่งกระโดดออกจากวงแหวนและขึ้นตำแหน่งใหม่ โดยเปลี่ยนวงแหวนหกเหลี่ยมแบนให้เป็นพีระมิดคาร์บอนห้าด้าน และคาร์บอนที่อยู่ด้านบนของปิรามิดก็ถูกผูกมัดกับคาร์บอนอื่นๆ อีกหกตัว โดยห้าตัวอยู่ในวงแหวนด้านล่าง และอีกหนึ่งตัวที่อยู่ด้านบน
“โมเลกุลนี้มีความพิเศษมาก” Malischewski กล่าว แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะพบข้อยกเว้นอื่นๆ เกี่ยวกับขีดจำกัด 4 พันธะของคาร์บอน แต่นี่เป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าคาร์บอนเชื่อมโยงกับอะตอมของคาร์บอนอื่นๆ จำนวนมากนี้
เมื่อ Malischewski วัดความยาวของพันธะเคมีของโมเลกุล พันธะทั้งหกของคาร์บอนบนสุดนั้นแต่ละพันธะยาวกว่าพันธะคาร์บอน-คาร์บอนธรรมดาเล็กน้อย พันธะที่ยาวขึ้นโดยทั่วไปจะมีความแข็งแรงน้อยกว่า ดังนั้นเมื่อเลือกพันธมิตรมากขึ้น คาร์บอนนั้นมีความเชื่อมโยงที่อ่อนแอกว่าเล็กน้อยสำหรับแต่ละตัว
“คาร์บอนไม่ได้สร้างพันธะ 6 พันธะ ในแง่ที่เรามักจะคิดว่าพันธะคาร์บอน-คาร์บอนเป็นพันธะสองอิเล็กตรอน” Tantillo กล่าว นั่นเป็นเพราะว่าอะตอมของคาร์บอนยังคงมีอิเลคตรอนเพียงสี่ตัวที่จะแบ่งใช้ เป็นผลให้มันแผ่ตัวเองเล็กน้อยโดยใช้อิเล็กตรอนร่วมกันระหว่างพันธะทั้งหก
credit : austinyouthempowerment.org bethanybaptistcollege.org bethanyboulder.org bippityboppitybook.com bostonsceneparty.com brucealmighty.net bullytheadjective.org canyonspirit.net canyoubebought.com celebrityfiles.net
