Re: [爆卦] 科學家首次做出單電子共價鍵

※ 引述《jackliao1990 (j)》之銘言：
: Linus Pauling認為兩原子可以共享一個電子以形成共價鍵。這種單電子共價鍵非常不穩定
: ，容易斷鍵。不過單電子碳-碳鍵仍被認為是部份有機反應（如Cope 重排）的中間體，但缺
: 乏實驗證據。
: 東京大學和北海道大學的研究團隊設計了可以穩定單電子碳-碳鍵的分子並首次測到單電子
: 碳-碳鍵。他們將芳基引入六苯基乙烷（HPE）中，透過芳基的空間位阻效應得到被拉長的碳
: 碳單鍵，這導致它在被碘氧化時容易失去一個電子，從而形成難以捉摸的單電子共價鍵。為
: 了繼續穩定含單電子碳-碳鍵的分子，研究人員將分子結晶，然後用x光繞射和拉曼光譜法測
: 到了分子和單電子鍵。

原po你貼這篇比較容易懂啦 https://www.nature.com/articles/d41586-024-03138-2

裡面有結構式的圖 https://shorturl.at/QVtpE

這東西不是六苯基乙烷啦 不知道你這HPE是從哪冒出來的 我看了一下你貼的原文沒有

只有在下面這篇文章引用到的其他文獻有提到HPE 但它本身這結構不是

回到正題 高中化學有好好念的就看得懂這篇啦 只要你還記得混成軌域那段就好

簡單來說 幾乎所有的共價鍵都是兩個原子share一對電子 這一對電子彼此自旋相反

這樣能量就會最低最穩定 但其實填滿軌域並沒有一定要兩個 像是自由基只有一個電子

(當然 就不穩定) 氧分子在某些軌域也只有單電子(所以氧分子有順磁性)

所以Linus Pauling 也就是這些軌域共價理論的創始人 認為兩個原子只share一個電子

也是可以形成共價鍵 當然 就很不穩定 容易斷鍵 或是再搶一個電子過來 變成傳統的

雙電子共價鍵 其實以上這些 高中化學有好好念應該都可以理解

這實驗厲害地方在於 怎麼在實驗上觀測並驗證這個單電子共價鍵? 上面說了

它很不穩定 方法基本就是原文說的 他們構造了一種分子 就上面圖長的那樣

這分子厲害的地方在於 圍繞中間的那一對碳原子 每個碳原子的四個鍵結中

其他三個鍵結都用芳香環連接住 剩下一個鍵結就互相連接

芳香環的用處一來是固定(共價鍵可以自由旋轉所以官能基會移動 高中化學)

但因為其中單邊碳原子的兩個鍵另一邊又透過芳香環連起來 所以等於固定住

然後兩邊的碳原子另一邊又透過另一個芳香環連起來 等於這兩個碳也不分彼此

所以整體的結構相當穩固 不管中間那個要研究的碳碳鍵有沒有斷裂

分子都不會大幅移動或變形

第二個用處就是製造立體障礙 (steric hindrance) 因為把中間那個鍵變成單電子後

會很不穩定 容易跟搶奪其他電子或其他靠近的東西反應 但化學中有立體障礙這東西

簡單說就是外面的芳香基團那麼大坨 會阻礙其他分子的靠近 保護中間的單電子鍵

另外一個小猜測是會不會也有利用芳香團的軌域共振去穩定中間這個單電子鍵?

但這好像要計算我也懶得看內文 只是亂猜一通 隨便講講XD

總之他們設計了一個很精妙的分子 把中間那個要研究的碳碳鍵緊緊固定住

然後用碘去氧化它 碘是鹵素會帶走一個電子 所以會把中間碳碳鍵本來的一對電子

變成一顆電子 就完成了要被研究的單電子共價鍵

(這過程中會使整個分子變成帶正電 我感覺正電可能也是透過芳香共振

分散到整個分子了吧 只是單純看那個圖猜的)

然後這個穩定的單電子共價鍵分子 就可以純化 結晶 量一堆有的沒的

可能打個FTIR測個NMR等等等等等的吧 出一堆數據發paper上Nature

一個字 屌 極具巧思

以上 我念化工的 有化學專業的也歡迎來補充 或是打臉 也可 拋磚引玉

然後高中化學沒學過這些的或是早忘光的 就別妄想看懂這個實驗了

基本上沒辦法用什麼簡單譬喻理解的 這實驗也稱不上對實際應用有啥革命性

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BTW看了推文 覺得批踢踢真的現在是不是網軍居多阿 =.= 幾乎都肺紋

十幾年前主要還是台大學生在用的時候 這篇要表達得東西對理工來說不算太難懂阿

實驗想法和技巧很厲害就是了 但概念不算太深奧

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哪需要阿 化工系有機化學又沒教很深 而且這篇內文也只用到一點點大學有機化學 應該只有立體障礙是大學有機才有提到吧 芳香族軌域共振高中化學應該就教了 難道現在二三類組的高中化學不教這些了嗎?

我內文有寫 謝謝你也這麼覺得XD

好像是 應該是大學比較詳細的提到離域電子概念 以及2n+2 rule 不過對於理解這篇應該是沒啥差啦我覺得

感謝樓上專業的補充