Ustabile molekyleklik med syntetisk strategi

Grundstofferne i det periodiske system af grundstoffer er opført på måder, der understreger bestemte sammenhænge. Der er familier, perioder (de vandrette rækker) og grupper (de lodrette kolonner). Elementerne inden for hver af disse grupperinger udviser nogle fællestræk.

Diagonale forhold i det periodiske system eksisterer mellem to grundstoffer i diagonale positioner til hinanden, som udviser lignende kemiske egenskaber. Lithium og magnesium, bor og silicium og kulstof og fosfor er alle eksempler.

Et ikonisk diagonalt forhold har længe været anerkendt mellem kulstof og fosfor, især i tilfælde, hvor element-element multiple bindinger er til stede, såsom diphosphor (P₂ ) hvor to fosforatomer er forbundet med en svag tredobbeltbinding.

Dette diagonale forhold mellem fosfor og kulstof har sat den forventning om, at diphosphormolekylet skal efterligne egenskaberne for kulbrinte-acetylen (C₂ H₂ ). For eksempel reagerer både diphosphor og acetylen med andre organiske molekyler gennem deres pi-bindinger, en type kovalent binding, der findes i molekyler med multipel binding.

Et koordinationskompleks består af et centralt atom eller ion, der sædvanligvis er metallisk og er omgivet af bundne molekyler eller ioner, kendt som ligander eller kompleksdannende midler. Koordinationskomplekser er afgørende for livet på jorden og omfatter hæmoglobin og klorofyl. De bruges også i vid udstrækning i industrielle applikationer som katalysatorer.

Selvom acetylen har veldokumenteret koordinationskemi med enkeltovergangsmetaller, er koordinationskomplekser, der indeholder diphosphor bundet til et enkelt metalcenter, forblevet uhåndgribelige.

For nylig rapporterede forskere ved University of California San Diego, University of Rochester og Ohio State University, at de binder diphosphor til et enkelt metalcenter. Dette arbejde vises i 25. marts-udgaven af ​​Science .

Diphosphor - i modsætning til acetylen - er meget ustabil og reaktiv. Når det dannes i fri form, polymeriserer diphosphor hurtigt eller reagerer med substratmolekyler, der er til stede. Med andre ord forbliver diphosphor ikke diphosphor i lang tid - dens natur er at kombinere med andre grundstoffer og molekyler. Dette gør det svært at studere eller manipulere.

Adskillige syntetiske ruter er blevet etableret til dannelse af multinukleære diphosphorkomplekser. Den mest populære metode er ved at adskille den tetraedriske P₄ molekyle, mere almindeligt kendt som hvidt fosfor. Hvidt fosfor er dog giftigt og meget brandfarligt (det var en hovedkomponent i mange brandbomber, der blev brugt i Anden Verdenskrig).

"Det arbejde, der præsenteres her, giver en syntetisk strategi til at få adgang til mononukleære komplekser af diphosphor i laboratoriemiljøer," udtalte UC San Diego professor i kemi og biokemi Joshua Figueroa, hovedforsker og medforfatter på papiret. "Vi forventer, at denne koordinationstilstand yderligere kan muliggøre udviklingen af ​​selektive fosfor-atom-overførselsreaktioner til organiske molekyler."

Ved udformningen af ​​eksperimentet brugte Figueroa og UC San Diego postdoc Shuai Wang jern som metalion, fordi det gav en god koordinationsplatform, der tillod binding af små molekyler på en effektiv måde. Ved at binde diphosphor til en jernion var de i stand til at sy de to fosforatomer sammen på en måde, der omgik den frie frigivelse af diphosphor, hvilket gav meget efterspurgt stabilitet.

Wang, som er den første forfatter på papiret og udførte det syntetiske arbejde, sagde:"I betragtning af den ekstreme følsomhed af det frie diphosphormolekyle som en flygtig art, er det bemærkelsesværdigt, hvor stabilt det bliver ved koordinering til det sterisk behæftede mononukleære jerncenter. "

Forskere brugte røntgenkrystallografi til at bestemme den præcise 3D-struktur af molekylerne og Mossbauer-spektroskopi til at observere ændringer i bindingsinteraktionerne mellem jernionen og difosforen. Dette var en nøgleteknik, fordi den gjorde det muligt for forskerne at vise, at diphosphor og et acetylenmolekyle påvirkede egenskaberne af jerncentret på lignende måder.

Hvis diphosphor kan eksistere i en form, der er relativt stabil og selektivt reaktiv, vil forskerne være i stand til at knytte det til substrater i noget kendt som "klik"-kemi. Klikkemi beskriver ikke én enkelt, specifik reaktion, men beskriver en måde at danne stoffer på ved at forbinde små modulære enheder. Dette kan åbne op for nye opdagelsesområder inden for syntetisk kemi til fremstilling af farmaceutiske forbindelser.

"Vi er begejstrede for dette arbejde, fordi det demonstrerer vigtigheden af ​​at bruge grundlæggende begreber lært i første års kemi til at vejlede nye opdagelser," sagde Figueroa. + Udforsk yderligere

Ny uorganisk aromatisk ion