Uraniu și carbon: o legătură triplă rară, izolată pentru prima dată într-un compus stabil
O echipă internațională de cercetători din Germania și Regatul Unit, incluzând chimisti de la Universitatea din Manchester, a sintetizat și caracterizat ceea ce descriu drept primul carbyne de tip Fischer cu uraniu care poate fi izolat, un compus în care carbonul formează o interacțiune neobișnuită de legătură triplă cu uraniul. Studiul a fost publicat în Nature Chemistry.
Legăturile triple metal–carbon sunt bine stabilite în chimia metalelor de tranziție, dar crearea unui compus echivalent cu uraniu, suficient de stabil pentru a fi izolat și studiat, s-a dovedit mult mai dificilă. Până acum, exemplele similare cu uraniu fuseseră observate doar în condiții foarte specializate, cum ar fi temperaturi extrem de scăzute sau molecule de carbon hollow cunoscute sub numele de cuști de fullerenă.
Echipa, din care fac parte profesorul Stephen Liddle, John Seed, Ashley Wooles, Floriana Tuna și Adam Brookfield, a folosit o nouă strategie de sinteză care combină un precursor de uraniu cu un reactiv recent dezvoltat pentru transferul atomilor de carbon, reușind astfel să creeze compusul și să îl studieze în detaliu.
Pentru a confirma descoperirea, cercetătorii au folosit difracție de raze X pe monocristal, spectroscopie, magnetometrie și analize computaționale avansate. Împreună, aceste metode au arătat că noul compus are caracteristicile-cheie așteptate pentru un carbyne de tip Fischer.
„Această lucrare abordează o provocare de lungă durată în chimia elementelor f. Izolând și studiind acest compus în detaliu, am putut arăta că uraniul poate susține o interacțiune de tip Fischer carbyne care este înrudită cu, dar distinctă de cele stabilite anterior pentru metalele de tranziție. Rezultatul extinde înțelegerea noastră despre modul în care uraniul se implică în legături multiple cu carbonul și oferă o bază pentru explorarea de noi zone ale chimiei actinidelor”, a declarat Liddle, profesor de chimie anorganică și co-director al Centrului pentru Cercetare în Radiochimie.
Măsurătorile echipei au arătat că atomii de uraniu și carbon se află la o distanță de 2,379(15) Å. În structurile chimice, legăturile multiple necesită de obicei distanțe mai scurte, dar în acest caz s-a folosit cristalografia cuantică pentru a vizualiza și confirma interacțiunea de legătură triplă uraniu–carbon.
Analize suplimentare au arătat că această legătură se formează printr-un schimb bidirecțional de electroni: carbonul donează doi electroni uraniului, iar uraniul donează și el electroni înapoi carbonului, în acest caz prin două legături ortogonale cu un singur electron, o configurație rară.
Compusul s-a dovedit, de asemenea, relativ nereactiv, ceea ce este de așteptat pentru acest tip de Fischer carbyne. Experimente suplimentare au arătat că legătura poate fi modificată prin reducere chimică, oferind echipei dovezi suplimentare despre modul în care sunt aranjați electronii compusului.
De ce contează descoperirea
Rezultatele sunt importante în primul rând pentru chimia fundamentală. Ele oferă cercetătorilor o imagine mai clară a modului în care uraniul formează legături cu carbonul și ajută la plasarea chimiei actinidelor într-o înțelegere mai largă a modului în care elementele se comportă de-a lungul tabelului periodic.
Lucrarea evidențiază, de asemenea, potențialul reactivilor moderni pentru transferul atomilor de carbon de a crea compuși care erau anterior dificil sau imposibil de accesat, putând permite studii viitoare ale legăturii uraniu–carbon și ale sistemelor de actinide înrudite.
