الكربون يرتبط بست ذرات!...لأول مرة!

استمع على ساوندكلاود 🎧

يشكّل التكافؤ الرُباعي للكربون والمخطط سداسي الشكل لحلقة البنزن حقائقَ مسلَّم بها في الكيمياء العضوية، وقد تمَّ وضع هذه القواعد قَبل 150 عام من قِبَل كيكوليه Kekule. و قد سُحِر الكيميائيون منذ القدم جراء إيجادِ استثناءاتٍ لهذه القواعد، بدءاً منذ الستينات عندما حُضِّرت النظائرُ المتكافئةُ من البنزن عبر عملياتِ اصطناعٍ كيميائيةٍ معقدة.

تتشارك الذراتُ الإلكتروناتِ فيما بينها مشكلة الجزيئات. ويمتلك الكربون أربعة إلكترونات يمكن أن يتشارك بها مع ذرات أخرى. "ولكن وضمن شروطٍ محددةٍ فإنَّ الكربون يمكن أن يتمطط خارج حدوده" كما يقول Moritz Malischewski، الكيميائي في جامعة برلين الحرة والذي قام باصطناع ودراسة الجزيئة المسماة سداسي ميثيل البنزن.

تقليدياً يتجمع سداسي ميثيل البنزن على شكل عجلة مركبة، ويتكوَّن من ستِ ذرات كربون تنتظم بشكلِ حلقةٍ سداسية مع أذرع إضافية من ذرات الكربون تنشأ من الحافة الخارجية للحلقة. وما يستحقُّ الملاحظة بشكلٍ خاص هو تحضير العالم الألماني Hogeveen سداسي ميثيل البنزن ذي الشاردتين الموجبتين تحت شروط فائقة الحموضة في العام 1973، والتي حدد فيها البنية الهرمية الخماسية الشكل اعتماداً على التحليل الطيفي بالـ NMR ودراساتِ الفعَّالية. حيث قام باستبعاد إلكترونين من المركب، وتشير الدلائل على انهيارِ المركب الناتج (ذي الشحنة الموجبة) على نفسه وشُكِّل الهرم. ووفقاً لإعادة التنظيم هذه فهناك ستة إلكترونات مُتاحة لربط قمَّة الهرم مع ذرات الكربون الخمسة المتبقية في الحلقة وللذراع الكربوني الإضافي. إنَّ أفضل وصف لحالة الربط في الميثان المُبَرتن (الميثان ذو البروتون الإضافي) ، والتي تمثِّل الشكل الأكثر بروزاً للكربون خماسي التناسق، يكون كثلاث مراكز لرابطة من إلكترونين بين ، ولكنَّ استخلاصه بمقادير كبيرة كان أمراً محيراً. مؤخراً تم استخلاص نوربونات ( ثنائي سيكلو هيبتان)، وإنَّ الرابطة C – C في هذه الأصناف (بطولِ 1.39Å) تتداخل مع مجموعة الميثيلين الشرجبية الكربون من على بعد 1.80 Å، والذي يمكن أن يُبَرر بتواجد الرابطة ثلاثية المركز ثنائية الإلكترون. هذه النتائج قد شجعتنا لمحاولة عزل ، حيث يرتبط الكربون السداسي التناسق بشكل حصري مع ذرات الكربون.

وفي التشابهِ الجزئي مع عناقيدِ البورون الفقيرة بالإلكترون، تتنبأ قواعد Wade بهندسة هرمية خماسية للـ . وفي العام 2014 قامت مجموعة Roithova بالتحري عن هذه الأصناف بعد عملية تأيين مضاعفة في الطور الغازي باستخدام مجهر الأشعة تحت الحمراء في درجة حرارة أقل من 4 كالفن. وعلى غرار التناظرية فإنَّه قد تمَّ تشويه أنواع سداسية الحلقة بشكلٍ كبيرٍ. على الرغم من أنَّ هذه النتائج قد جعلت من الواضح أنَّ عملية استخلاص كاتيونات الكربون الخماسية الهرمية أمراً محيراً، إلا أنَّ ثباتية هذه الأصناف يمكن زيادتها عبر استبدال ذرات الهيدروجين ببدائل أكثر قابلية لمنح الإلكترونات. هنا نعرضالبنية البلورية لـ والتي تظهر البنية غير التقليدية لهذه العناصر.

بحيث تُمَثَّل ذرة الهيدروجين بكرة بيضاء وذرة الكربون بكرة رمادية كما أزيلت ذرات ليظهر الشكل الهرمي بصورة أوضح:

المصدر:

هنا