Ahyry 5 kremniý halkalar ahyrsoňy sintez edildi

Bir asyrlyk himiýa arzuwy hasyl boldy

hundredüz ýyldan gowrak wagtyň dowamynda, ýakymlylyk - belli bir halka şekilli molekulalara adatdan daşary durnuklylyk berýän kwant mehaniki hadysasy uglerodyň aýratyn domeni hasaplandy. 1825-nji ýylda ýüze çykarylan we 1865-nji ýylda Awgust Kekule tarapyndan gurluş taýdan çözülen Benzol ysly birleşmeleriň afişa çagasyna öwrüldi we himikleriň nesilleri uglerodyň esasynda ähli pudaklary gurdular. Organöne organiki däl himiýanyň düzgünlerini täzeden ýazan möhüm bir üstünlikde, gözlegçiler tutuşlygyna kremniy atomlaryndan düzülen ilkinji doly ysly bäş agzaly halkany sintez etdiler. Bu pentasilasiklopentadienid aniony diňe bir sintetiki ýeňşi däl, eýsem himiki baglanyşyga, molekulýar durnuklylyga we ýarymgeçirijilerdäki rolundan has köp kremniniň ulanylmadyk potensialyna düşünişimizdäki paradigma çalşygyny görkezýär.

Aromatiklik: Häzirki zaman himiýasyny guran durnuklylyk syry

Silikonly ysly halkanyň näme üçin möhümdigine düşünmek üçin ilki bilen hoşboý ysyň nämäni getirýändigine düşünmeli. Aromatiki molekulalar diňe halka görnüşli däl - ýörite elektron konfigurasiýasyna eýedir, bu ýerde pi elektronlar tutuş halka gurluşyna bölünip, molekulanyň energiýasyny düýpgöter peseldýän umumy elektron dykyzlygynyň "buludyny" döredýär. Bu bölünişik Hückeliň (4n + 2) pi elektronly planar, siklik molekulanyň - n negatiw däl bitewi bitewi bitewi bitewi bitewi bitewi bitewi bitewi bitewi san görkezjekdigini aýdýar. Siklopentadienid aniony (uglerod görnüşi) üçin, 5 uglerod atomynda paýlaşylan 6 pi elektron.

Bu durnuklaşdyryş energiýasy ownuk däl. Alty uglerodly ysly halka bolan benzol, lokal goşa baglanyşykly gipotetiki sikloheksatrieniňkiden takmynan 150 kJ / mol durnuklydyr. Şol goşmaça durnuklylyk, aromatiki birleşmeleriň derman himiýasynda agdyklyk etmeginiň sebäbi (tassyklanan dermanlaryň 85% -den gowragy azyndan bir ysly halkany öz içine alýar), sintetiki polimerleriň oňurgasyny emele getirýär we ýylda ýüzlerçe milliard dollarlyk senagat himiki proseslerinde esasy araçy bolup hyzmat edýär.

Siklopentadienid aniony - uglerodyň bäş agzaly ysly halkasy - deň derejede esasdyr. Metallosen himiýasynyň esasyny emele getirýär, 1951-nji ýylda açylandan soň organometall himiýasyny rewolýusiýa eden ferrosen ýaly katalizatorlara mümkinçilik döredýär. Himiýa işgärlerini onlarça ýyllap gyzyklandyrýan sorag gönümel: uglerod muny edip bilýän bolsa, näme üçin kremniý edip bilmeýär?

Silikon päsgelçiligi: Näme üçin agyr elementler yslylyga garşy durýarlar

Silikon döwürleýin tablisada uglerodyň aşagynda oturýar, dört walent elektronyny paýlaşýar we birleşmeleriň köpüsinde tetraedral baglanyşyk geometriýasyny emele getirýär. Kagyz ýüzünde ysly halkalary emele getirmäge ukyply bolmaly. Iş ýüzünde, kremniniň has uly atom radiusy (uglerodyň 0,77 Å bilen deňeşdirilende 1,17 Å) we has köp ýaýran 3p orbitalar, yslylygyň talap edýän täsirli gapdal pi-orbital görnüşiniň düýpli päsgelçiliklerini döredýär.

Silikon-kremniý goşa baglanyşyklar, Wiskonsin uniwersitetindäki Robert Westyň topary 1981-nji ýylda ilkinji durnuksyz disile sintezlenýänçä, mümkin däl hasaplandy. Şonda-da bu goşa baglanyşyklar uglerod kärdeşlerinden has ejiz we has täsirli boldy. Si = Si goşa baglanyşyk energiýasy, C = C üçin 614 kJ / mol bilen deňeşdirilende takmynan 310 kJ / mol. Silikon atomlarynyň tutuş halkasy boýunça delokalizirlenen pi baglanyşyga ýetmek, orbital örtügi üçin zerur bolan planar geometriýany saklamak bilen bu mahsus gowşaklygy ýeňip geçmegi talap edýär.

40+ ýyldan gowrak synanyşykda kremniniň ornuny tutýan ysly halkalar, kremnini öz içine alýan heterosikller we dürli çaklamalar döredildi. Emma doly gomoatomiki ysly halka - halkadaky her bir atom kremniý bolup, esasy topar himiýasynyň ak kitidir. Kynçylyk iki esse boldy: bäş sany kremniý halkany dogry elektron san bilen sintezlemek we häsiýetlendirmek üçin ýeterlik durnuklylygy saklamak.

Üstünlik: Steriki gorag arkaly in Engineeringenerçilik durnuklylygy

Üstünlikli sintez, reaktiw esasy topar birleşmelerini durnuklaşdyrmak üçin altyn standartyna öwrülen strategiýa bil baglady: uly ornuny tutýan toparlar. Gözleg topary, halkadaky her kremniy atomyna uly, elektroniki baglaýjy baglary birikdirip, bir wagtyň özünde üç sany möhüm maksada ýetdi. Uly toparlar reaktiw kremniý-kremniý baglanyşyklaryny daşarky reagentlerden fiziki taýdan goraýardy, olaryň elektron peşgeş berýän häsiýetleri anionyň otrisatel zarýadyny durnuklaşdyrmaga kömek etdi we steriki köp bölegi pi delokalizasiýasy üçin zerur meýilnama geometriýasyny ýerine ýetirdi.

Sintezlenen pentasilasiklopentadienidiň häsiýetnamasy ysly tebigaty birnäçe garaşsyz usul arkaly tassyklady:

• rentgen kristalografiýasy halkanyň töwereginde deň bolan Si-Si baglanyşygynyň uzynlygyny ýüze çykardy (~ 2.25 Å), ýeke we goşa baglanyşyk däl-de, delokallaşdyrylan baglanyşyk bilen gabat gelýär
• learadro magnit-rezonansy (NMR) spektroskopiýa ysly halka tokyna laýyk häsiýetli deshilding nagyşlaryny görkezdi
• ucadro garaşsyz himiki üýtgeşiklik (NICS) hasaplamalary aromatikanyň giňden kabul edilen hasaplaýyş görkezijisi bolan halka merkezinde ep-esli negatiw bahalary öndürdi
• UV bilen görünýän spektroskopiýa kremniniň çarçuwasyndan delokallaşdyrylan pi-elektron geçişlerine laýyk gelýän siňdiriş aýratynlyklaryny görkezdi
• Dykyzlyk funksiýa teoriýasy (DFT) hasaplamalary 50-70 kJ / mol bilen çak edilýän düýpli ysly durnuklaşdyryş energiýasyny tassyklady

Aromatiki durnuklaşdyryş energiýasy benziniň 150 kJ / molundan pes bolsa-da, birleşmäni izolýasiýa we inert atmosfera şertlerinde otag temperaturasynda häsiýetlendirmek üçin ýeterlikdir - himikleriň köpüsiniň durnukly görnüşde bolup bilmejekdigine ynanýan molekula üçin ajaýyp üstünlik.

Laboratoriýa skameykasynyň aňyrsynda: Hakyky dünýädäki täsirler

Aromatiki kremniniň halkalarynyň sintezi akademiki bilesigelijilikden has uzakda ýerleşýän gözleg koridorlaryny açýar. Silikon esasly ysly birleşmeler, elektroniki häsiýetleri uglerod analoglaryndan düýpgöter tapawutlandyryp biler we birnäçe ýokary bahaly pudaklary öz içine alýan amaly programmalar.

Silikonly yslylygyň tapylmagy kataloga diňe bir täze birleşme goşmaýar - molekulýar arhitekturanyň düýbünden täze synpyny döredýär. Soňky 160 ýylda uglerodyň ýakymlylygy esasynda gurlan her bir programmanyň gözlegine garaşýan kremniý esasly kärdeşi bar, hersiniň özboluşly elektron, optiki we katalitik aýratynlyklary bar.

Esasy material hökmünde kremniniň eýýäm agdyklyk edýän ýarymgeçiriji tehnologiýasynda, ysly kremniniň birleşmeleri molekulýar göwrümli elektron bölekleri bolup biler. Bu halkalardaky bölünen pi elektronlar, köp mukdarda kremniden tapawutly görnüşde zarýad alyp biler, molekulýar elektronika we kwant hasaplaýyş substratlaryna tarap ýol hödürlär. Dünýä ýarymgeçiriji bazarynyň 2030-njy ýyla çenli 1 trillion dollardan geçjekdigi çaklanylanda, hatda kremniý esasly molekulýar elektronikanyň artmagy hem uly täjirçilik täsirini ýetirýär.

Fotowoltaiklerde kremniniň hoşboý ysly halkalary täze ýagtylyk ýygýan hromoforlar bolup biler. Olaryň siňdiriş we zyňyndy aýratynlyklary - ornuny üýtgetmek arkaly düzülip bilner - kremniý esasly organiki ýagtylyk çykaryjy diodlaryň (OLED) ýa-da adaty kremniniň fotoelektrikleri we döreýän organiki gün tehnologiýalarynyň arasyndaky boşlugy aradan aýyrýan gün öýjük duýgurlaýjylarynyň täze synplaryna mümkinçilik döredip biler.

Katalizator soragy: Gorizontda kremniý metalosenler

Belki-de, iň tolgundyryjy perspektiwa kremniý esasly metalosenleriň potensialydyr. Uglerodyň siklopentadienid aniony her geçiş metal bilen diýen ýaly sendwiç birleşmelerini emele getirýär we bu metalosenler polimer himiýasynda aýrylmaz katalizator bolup durýar. Ziegler-Natta we metallosen katalizatorlary bilelikde ýylda 100 million tonnadan gowrak polietilen we polipropilen önümçiligini goldaýarlar - takmynan 200 milliard dollarlyk bazar.

Pentasilasiklopentadienid geçiş metallaryna uglerod analogy ýaly utgaşdyryp bilýän bolsa, emele gelen kremniý metalosenler düýpgöter üýtgeşik steriki we elektroniki häsiýetlere eýe bolar. Has uly kremniniň halkasy, demir merkeziniň töwereginde has giň "dişlemek burçuny" döreder, olefin polimerizasiýasynda, C-H işjeňleşdirilişinde we beýleki katalitik üýtgeşmelerinde täze saýlama mümkinçiligini döreder. Bu senagat masştabynda katalizator netijeliliginiň sähelçe gowulaşmagy milliardlarça dollara we energiýa sarp edilişiniň we galyndylarynyň ep-esli azalmagyna öwrülýär.

Irki hasaplama gözlegleri, kremniý metalosenleriň uglerod kärdeşleri bilen deňeşdirilende güýçlendirilen magnit häsiýetlerini görkezip biljekdigini, spintronikada we magnit maglumatlary saklaýyş materiallarynda amaly açyp biljekdigini görkezýär. Bu ugur ýaş, ýöne teoretiki esas eýýäm dünýädäki birnäçe gözleg toparlarynyň arasynda goýulýar.

Häzirki zaman gözleg işleriniň çylşyrymlylygyny dolandyrmak

Ysly kremniniň halkalary ýaly üstünlikler häzirki zaman ylmy gözlegleriň çylşyrymlylygyny görkezýär - köp ugurly taslamalar, gymmat bahaly gurallar, kadalaşdyryjy düzgünler, grant dolandyryşy we barha global hyzmatdaşlyk. Gözleg toparlary we açyşlaryny täjirleşdirýän başlangyçlar, islendik orta kärhananyňky bilen deňeşdirip boljak amaly kynçylyklar bilen ýüzbe-ýüz bolýarlar: onlarça işjeň taslamany yzarlamak, ýörite himiki enjamlar we enjamlar üçin satyn alyş we satyjy gatnaşyklaryny dolandyrmak, postdoklaryň we aspirantlaryň toparlary üçin kadrlary dolandyrmak we intellektual eýeçiligi goramak üçin düýpli ýazgylary ýöretmek.

Mewayz ýaly platformalar hut şu iş çylşyrymlylygyny görkezýär. CRM, faktura, taslamany dolandyrmak, HR we analitikany öz içine alýan 207 integral modul bilen, Mewayz gözleg bilen meşgullanýan guramalara innowasiýa iş tarapyny dolandyrmak üçin ýeke-täk ulgam berýär. Toparlar elektron tablisalaryny, e-poçta zynjyrlaryny we birikdirilmedik programma gurallaryny birleşdirmegiň ýerine, taslama tapgyrlaryny yzarlap bilerler, laboratoriýa reagentleri üçin üpjün edijiniň hasap-fakturalaryny dolandyryp bilerler, topar meýilnamalaryny utgaşdyryp bilerler we maliýeleşdiriş guramalarynyň talap edýän maliýe hasabatlaryny döredip bilerler - hemmesi bir platformadan. “Mewayz” -y eýýäm bütin dünýäde ulanýan 138,000+ topar üçin bu merkezleşdirilen operasiýa gözegçiligi administratiw işe az wagt sarp etmegi we ylymyň gazanyp biljek zatlarynyň çäklerini köpeltmegi aňladýar.

Indiki näme: Döwür tablisasynda has köp syr bar

Silikonly ysly halkanyň üstünlikli sintezi derrew bir sorag döredýär: beýleki 14 toparyň elementleri hakda näme? Germaniý, galaýy we gurşun kremniniň dört walentli-elektron konfigurasiýasyny paýlaşýar we durnukly ysly halka ulgamlaryna ýetmek üçin hersi öz kynçylyklaryny hödürleýär. Germaniýanyň ysly halkalary, hususan-da, kremniniň we has agyr elementleriň arasyndaky aralyk ýagdaýyny göz öňünde tutup, häzirki wagtda hakyky maksat hasaplanýar.

14-nji topardan başga-da, yslylyk düşünjesi bor toparlaryna (boranlar we karboranlar üç ölçegli aromatiki görkezýär), fosfor halkalaryna we hatda 2001-nji ýylda häsiýetlendirilen Al4²⁻ tetraanion ýaly metaldan ýasalan aromatiki ulgamlara-da ýaýradyldy. ýeke.

Pentasilasiklopentadienidiň sintezi häzirki zaman himiýasynda has giň tendensiýany tassyklaýar: ozal uglerod üçin saklanylýan motifleri baglanyşdyrmak üçin esasy topar elementlerini yzygiderli gözlemek. Soňky iki onýyllygyň içinde kremniý-kremniý üç gatly baglanyşyk, fosfor-fosfor üç baglanyşyk, hatda bor-bor üçlügi bolan durnukly birleşmeler amala aşyryldy. Bu açyşlaryň her biri onlarça ýyllap şowsuz synanyşyklar we teoretiki şübheler bilen başlandy we hersi material dizaýny üçin täze ýollar açdy.

Ysly kremniniň halkasyny aýratyn ähmiýet berýän zat, himiýanyň iň täjirçilik düşünjeleriniň birine gönüden-göni baglanyşygydyr. Aromatiklik akademiki abstraksiýa däl - derman, plastmassa, boýag, partlaýjy maddalar, agrohimiýa we elektroniki materiallaryň esasyny düzýän molekulýar häsiýetdir. Bu emlägi kremniý bilen giňeltmek diňe bir okuw tablisasyndaky bir hatary doldurmaýar. Silikon himiýasynyň täze eýýamyny açýar, bu ýerde elementiň potensialy kompýuter çiplerimizdäki kristal wafli bilen çäklenmän, şu wagta çenli diňe ugleroda degişli bolan molekulýar dizaýn älemine baryp ýetýär.

Freygy-ýygydan soralýan soraglar

Ysly kremniniň halkasy näme?

Aromatiki kremniniň halkasy, kremniy atomlarynyň ýörite "ysly" durnuklylygy bilen durnukly, halka görnüşli gurluşy emele getirýän molekuladyr, köpden bäri uglerod bilen baglanyşykly hasaplanýar. Bu, elektronlaryň halkanyň töwereginde deň paýlaşylmagyny we adatdan daşary berk bolmagyny öz içine alýar. Bu açyş, organiki himiýadan başga-da, kremniý ýaly organiki däl elementleriň çägine ýakymlylyk düşünjesini düýpgöter giňeldýär.

Näme üçin bu sintez möhüm üstünlik hasaplanýar?

Bir asyrdan gowrak wagt bäri hoşboý ys, benzol ýaly uglerod molekulalarynyň kesgitleýji aýratynlygydy. Tutuşlygyna kremniden durnukly, hoşboý ysly halka döretmek, bu esasy himiki düşünjäniň ugleroda mahsus däldigini subut edýär. Okuw kitaplaryny täzeden ýazýar we kremniniň birleşmeleri üçin öň göz öňüne getirip bolmajak özboluşly elektroniki aýratynlyklary bolan täze materiallary dizaýn etmek üçin giň mümkinçilikleri açýar.

Bu kremniy halkalaryň haýsy amaly goşundylary bar?

Irki gözleg döwründe, bu ysly kremniniň halkalary rewolýusiýa ulanylmagyna sebäp bolup biler. Olaryň özboluşly elektron gurluşy ýarymgeçirijileriň täze görnüşlerini, elektronika üçin ösen materiallary ýa-da has täsirli katalizatorlary döretmek üçin ulanylyp bilner. Kremniýdäki hoşboý yslylygy nädip dolandyrmalydygyna düşünmek, Mewaýz ýaly çeşmeleri ulanýan himikler üçin esasy gözleg ugry bolan materiallar ylmynyň düýbünden täze şahalaryny açyp biler ($ 19 / aýda 207 modully).

Bu açyş, bar bolan kremniniň himiýasy bilen nähili baglanyşygy bar?

Bu açyş, kremniniň himiýasynyň adaty görnüşine garşy çykýar. Adatça, kremniý ýeke-täk baglanyşyk emele getirýär, zynjyrlary we alkanlara has meňzeş gurluşlary döredýär (doýgun uglewodorodlar). Durnukly ysly halkanyň döredilmegi, kremniniň ugleroda meňzeş has çylşyrymly baglanyşyk shemalaryna gatnaşyp biljekdigini görkezýär, adaty silikonlardan we silanlardan tapawutly aýratynlyklary bolan kremniý esasly birleşmeleriň täze synpyna sebäp bolup biler.