最長的碳碳鍵問世
碳碳鍵可以說是有機化合物中最常見的共價鍵了,學過有機化學的朋友們很容易知道,最長的碳碳鍵顯然應該是碳碳單鍵,在烷烴中廣泛存在,大概是1.54 ? 左右 (1 ? = 10–10 米 = 0.1納米)。
然而就在最近 Chem 報道了來自北海道大學大學 Takanori Suzuki 和 Yusuke Ishigaki的一個非常漂亮的工作,他們成功合成了具有1.8 ?碳碳鍵鍵長的分子,如下圖所示。我畫的有點丑,大家將就著看吧。(DOI:10.1016/j.chempr.2018.01.011)
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(18)30033-0合成沒有什麼太值得說的地方,感覺很適合作為本科生期末考試題……
這個工作碉堡了,強無敵在哪裡?在於之前理論化學家預測兩個碳原子之間沒有相互作用的距離在1.803 ?,而這個分子中碳碳鍵鍵長有1.806!
鍵長的存在經過了拉曼的證實,鍵長的精度由X-ray單晶衍射保證,所以這個結果一出來,就抓住了眼球。
按照作者自己的說法,就是「在分子內核殼策略的基礎上,設計了具有兩個螺(二苯並環庚三烯)單元,理論計算預測了C-C鍵很弱,鍵長約為1.8 ?。這種結合通過強制採用重疊構象和利用「剪刀效應」通過角度張力而擴大。高度扭曲張力的碳氫化合物作為熱穩定化合物分離出來,沒有雙自由基的跡象。這是因為弱的C-C鍵(核)由形狀穩定的稠環結構(殼)保護。其C-C伸縮振動(587cm-1)的拉曼位移與乙烷(993cm-1)的拉曼位移非常不同。由X射線確定的鍵長(1.806(2))大於最短的非鍵合分子內C C鍵(1.80(2))。通過假設鍵長與共價鍵的鍵解離能之間的線性相關性,之前理論預測的碳碳鍵鍵長極限被證明是無效的。」
這麼漂亮而又簡單的工作,不得不說一聲服氣。
//鑒於評論區朋友的建議,我補充幾點相關背景知識。沒有太多時間查資料,不嚴謹的地方見諒。
首先,經典有機化教材中,碳碳鍵鍵長極限是有說法的,具體數字我不記得了,但是普遍認為推測肯定到不了1.8,要知道,絕大多數情況下,碳碳鍵鍵長過不了1.7,甚至1.6的。1.8屬於想都想不到的長度。
其次,有理論和實驗測量(計算)兩個自由的碳原子的解離能和結合能,計算結果認為,距離超過1.8,基本就認為兩個碳原子沒有相互作用了。這個工作的1.806雖然超出不多,但是這可是在有機分子中,人家算的是理想情況的極限值。很打臉了。
最後,這個分子構造的思路應該還有潛力可以挖掘,最後懟到2.0也不是完全沒希望。
所以,更本質的是,這個工作提出了一個深刻的問題,"什麼是化學鍵"?化學鍵的邊界在哪?不能深談了…
嗯,評論區大神備出,我就不修改我匆忙書寫的這篇文章了,大家自行對照評論區修改我的謬誤吧…
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