Технологии IBM помогли химикам получить изображение химических связей в аринах
Исследовательский центр IBM совместно с университетом Сантьяго де Компостела смог добиться получения изображения химических связей в аринах. Это достаточно сложные и весьма активные органические соединения. Простейший представитель ряда можно получить, удалив два заместителя в бензоле с образованием тройной связи. Вообще говоря, арины (циклогексадиенины) — это производные дегидробензола. Образуются, например, при взаимодействии с сильными основаниями (амидами металлов, C4H9Li и др.) галогенсодержащих ароматических соединений, при дегалогенировании их о-дигалогенпроизводных, расщеплении орто-замещенных солей диазония. Арины легко вступают в реакции электрофильного и нуклеофильного присоединения, а также циклоприсоединения.
Для получения изображения химических связей в аринах авторы работы (опубликована в Nature Chemistry) использовали методы сканирующей зондовой микроскопии. В ходе реализации проекта по изучению соединений, о которых идет речь выше, оказалось, что максимальный вклад вносит не обычная система с тройной связью, а аналог такого соединения с тремя кумулированными двойными связями.
Для получения необходимого соединения ученые работали с дийод-производным нафтоперилена. Это вещество нанесли в условиях низкой температуры на медную пластину, с предварительно нанесенным слоем хлорида натрия. Это минеральное соединение предохраняло нафтоперилен от реакции с поверхностью. Для получения целевой молекулы ученые использовали ток, подводимый через острие иглы сканирующего зондового микроскопа и самим соединением, что позволило провести отщепление атомов йода.
Верхняя часть изображения — дииоднафтоперилен, незамещенный нафтоперилен. Нижняя часть — образование арина (Niko Pavliček et al. / Nature Chemistry, 2015)
Используя ту же иглу сканирующего зондового микроскопа, ученые переносили отсоединенные атомы йода, в противном случае возникали проблемы с визуализацией изображения. После завершения всей процедуры на пластине оставалась молекула арина. Для того, чтобы сделать конец иглы микроскопа еще более острой, на ее конец помещали одну молекулу СО, что позволило улучшить качество изображений.
Область молекулы, от которой был отщеплен йод, довольно сильно выделяется благодаря большей электронной плотности. Это явление вызвано большим порядком связи в этой области, причем ученым удалось даже определить с высокой степенью точности значение этого порядка.
Как оказалось, порядок новообразованной связи во многом зависит от влияния трех возможных электронных структур, в которых существует само соединение. Это может быть кумуленовая связь (с тремя двойными связями), ариновая (тройная связь в кольце) и бирадикальная — с двумя радикалами на месте отщепленного йода. Длина новой связи — 0,126 нм. Это показывает, что наибольшее влияние оказывает именно кумуленовая структура.
Структура аринов была подтверждена в середине 20-го века. Сами вещества являются важными элементами цепочки синтеза лекарственных препаратов и органических соединений, используемых в промышленности.
Вся работа проводилась авторами при температуре в 5 кельвинов.
