Jak vypadá kationt benzenu

Chemie |

Ideální šestiúhelníkový tvar molekuly benzenu je všeobecně znám již z doby konce 19. století. Nicméně dojde-li k odtržení jednoho nebo více elektronů z této molekuly, poruší se její elektronová struktura, což se projeví změnou symetrie.

Jak vypadá kationt benzenu



Chemici z katedry organické chemie Přírodovědecké fakulty UK v Praze v čele s prof. Janou Roithovou, Ph.D. a RNDr. Jurajem Jašíkem, Ph.D. se pokusili s využitím spektroskopických technik a teoretických modelů kvantové chemie blíže objasnit, jaká je situace v případě dikationtů benzenu. Ukázalo se, že z pěti hypotetických variant se za podmínek reálného experimentu uplatňují pouze dvě struktury.

Základní stav dikationtu benzenu vytvořený odstraněním dvou elektronů z neutrálního benzenu má sice povahu rovinného biradikálu se dvěma nepárovými elektrony (Obr. 1, 312+), ale vlivem elektrostatického odpuzování kladných nábojů nahromaděných blízko u sebe je upřednostňována tvorba zprohýbané struktury 112+, pro kterou byla předpovězena snadná izomerizace (např. 122+ – 142+ v Obr. 1). Podobné případy kladně nabitých iontů odvozených od jiných organických sloučenin jsou obecně známy ze silně kyselého prostředí.

 

 

 

 

Je zajímavé, že dikation benzenu byl podroben bližšímu zkoumání až nyní a že se tohoto úkolu chopili právě chemici z Přírodovědecké fakulty UK v Praze. V rámci své studie demonstrovali sílu využití kombinace teoretických výpočtů s experimentálními výsledky. Podařilo se jim vyvinout také novou iontovou past, v níž byly za nízkých teplot připraveny studované dikationty obsahující ve své struktuře netečný atom helia.

Takto upravené dikationty byly v iontové pasti postupně ozařovány infračerveným zářením a byly registrovány frekvence, při nichž se atom helia z dikationtu odštěpil. Kvantově chemickými metodami byly souběžně předpovězeny teoretické frekvence, s nimiž byly výsledky experimentu srovnány. Ukázalo se tak, že po dvojnásobné ionizaci benzenu je možné zachytit dvakrát zprohýbanou strukturu s kladnými náboji na opačných koncích (Obr. 1, 112+) a částici připomínající pětiboký jehlan se vztyčeným vrcholem CH skupiny (Obr. 1, 122+). Bylo dokázáno, že nestabilní primárně tvořený dikation s šestičlenným kruhem přechází selektivně na dikationty s pyramidální strukturou.

Jak je vidět, ani dnes nejsou zdaleka všechny zdánlivě malé a jednoduché molekuly stejnoměrně probádány, zejména jde-li o vlastnosti, které s využitím současné techniky nejsou přístupné. Tato studie demonstruje na průhledném příkladu posun, jak lze získat nové poznatky vhodnou inovativní strategií experimentu v kombinaci s teoretickým modelováním problému.

Jašík, J., Gerlich, D., Roithová, J.: Probing Isomers of the Benzene Dication in a Low-Temperature Trap. J. Am. Chem. Soc. 136 (2014) 2960.

 

Zpracoval: Alan Liška

Převzato z popularizační rubriky Přírodovědecké fakulty UK Praha

 



Úvodní foto: User:Cepheus, Wikipedia, licence public domain




Související články




Komentáře

Napsat vlastní komentář

Pro přidání příspěvku do diskuze se prosím přihlašte v pravém horním rohu, nebo se prosím nejprve registrujte.