Прочная химическая связь не гарантирует устойчивую молекулу. Соединения с тройной связью между бором и кислородом долго удавалось наблюдать лишь в особых условиях или связывать с появлением краткоживущих частиц. Теперь химики получили три таких соединения в виде кристаллов, устойчивых при комнатной температуре в лабораторной инертной среде.
Работа группы Вюрцбургского университета совместно с исследователями Университета Тезпура опубликована 27 октября в Nature Chemistry. Новые вещества относятся к оксоборанам: в их молекулах бор и кислород соединены тройной связью, а к бору присоединена ещё одна группа атомов.
Сильная связь и уязвимое место
В записи B≡O три черты обозначают тройную связь. Но электроны в ней распределены неравномерно: кислород сильнее притягивает электронную плотность. Из-за этого бор остаётся участком, с которым могут легко взаимодействовать другие молекулы. Отсюда и трудность: сохранить связь недостаточно — нужно защитить всю конструкцию от быстрых превращений.
В новых соединениях рядом находится ещё одна борсодержащая группа, богатая электронами. По расчётам авторов, она уменьшает положительный заряд на боре оксоборанового фрагмента. Такая электронная поддержка делает его менее восприимчивым к некоторым реакциям. Авторы также рассматривают распределение заряда по более широкой части молекулы и энергии орбиталей — областей, в которых описывают поведение электронов.
Это объяснение устойчивости, основанное на сопоставлении эксперимента и расчётов. Его не следует превращать в универсальное правило для любых соединений бора.
Как проверяли результат
Авторы выделили три различных вещества как оранжевые или жёлтые твёрдые продукты. Структуру проверили рентгеновским исследованием отдельных кристаллов. Спектроскопия дала независимые сведения об окружении атомов и колебаниях связи, а расчёты позволили сопоставить новые молекулы с ранее известными родственными соединениями.
Здесь важно совпадение нескольких способов проверки. Цвет вещества сам по себе ничего не говорит о тройной связи; изображение кристалла тоже не показывает её напрямую. Вывод опирается на структуру, спектры и электронную модель вместе.
Что теперь можно изучать
Когда вещество удаётся выделить и сохранить, появляется возможность проверять его реакции. Авторы уже показали взаимодействия одного из новых оксоборанов с аминами — азотсодержащими соединениями. Разные реагенты приводили к различным перестройкам молекулы.
Слово «устойчивый» здесь имеет конкретную границу. Экспериментальные манипуляции проводили под сухим аргоном или в вакууме; работа не доказывает, что эти вещества можно хранить открытыми на обычной полке. Промышленного продукта или готового применения исследование также не предлагает. Его результат — доступ к молекулам, которые теперь можно получать, выделять и изучать гораздо предметнее.
Авторская объясняющая схема EASY. Показан только условный фрагмент и электронная поддержка; размеры и положение атомов не являются измеренной геометрией молекулы.
