Аркадий Курамшин: Жизнь замечательных веществ

Так, например, критерием смещения электронов от одного атома к другому определяется таким параметром, как дипольный момент – чем больше его значение, тем в большей степени электроны смещены от одного атома к другому. Ещё недавно считалось, что максимальным дипольным моментом обладают соединения с ионным типом химической связи, в которых переходит практически полный перенос электронной плотности от одного партнёра к другому, однако молекулы с ковалентными связями, связями, которые, как говорит учебник, образуются за счет общей электронной плотности, продемонстрировали большее значение дипольного момента.

Группа исследователей из Германии и Греции синтезировала гексазамещенный бензол, который отличается самым большим значением дипольного момента, зафиксированным в настоящее время для нейтральной молекулы (Angew. Chem., Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201508249). Рекордсменами оказались молекулы, в которых с бензольным кольцом связано сразу шесть заместителей – атомов и атомных группировок, часть из которых является донорами, а часть акцепторами электронной плотности.

Ранее уже предпринимались попытки синтеза исключительно полярных соединений за счет введения нескольких электроноакцепторов и нескольких электронодоноров к противоположным сторонам бензольного кольца. Однако синтез стерически затрудненных полизамещенных бензолов представляет собой непростую задачу, и обычные приемы замещения в бензольном кольце здесь оказываются бесполезными.

Исследователи использовали нетрадиционный, но оказавшийся при этом более эффективным подход, основанный на окислительном бромировании с последующей реакцией цианирования, протекающий в условиях катализа комплексами палладия и получили ряд гексазамещенных производных бензола.

Дипольный момент некоторых полученных соединений достигает 14,1 Дебаев, что сравнимо и даже больше величины дипольного момента ионных соединений (например, дипольный момент бромида калия равен 10,5 Дебаев).

Исследователи надеются, что соединение со столь значительным разделением зарядов сможет повысить эффективность полупроводников для солнечных батарей. Соединения со значительным дипольным моментом также могут найти применение и в оптоэлектронике – они способны взаимодействовать с собственным электрическим полем света и менять его характеристики.

Ещё одной важной концепцией, связанной с электронным строением веществ, является концепция ароматичности, при упоминании которой у многих в голове всплывает формула бензола – молекулы С 6Н 6, которую можно описать как правильный шестиугольник. Тем не менее к ароматическим соединениям относятся вещества, в составе циклической цепи которых есть и другие элементы, кроме углерода, причем есть и те, где углерода нет совсем, и те, форма которых отличается от привычной шестиугольной.

Исследователям из Германии и России впервые удалось синтезировать аналоги бензола, ароматическое кольцо которых содержит кремний и атомы элементов подгруппы азота ( J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 10433 ).

Хотя примеры веществ, которые можно было бы назвать «неорганическим бензолом», существуют, их количество оставляет желать лучшего. Для пополнения «химической коллекции» (ну и не только для этого, конечно) исследователи из России и Германии смогли синтезировать обладающие ароматическими свойствами аналоги бензола, содержащие в цикле только кремний и элементы 15-й группы (фосфор или мышьяк).

Классическим примером органических ароматических систем является молекула бензола; идея о том, что эта молекула представляет собой шестичленный цикл, впервые пришла в голову Августу Кекуле в 1865 году. В 1926 году впервые был синтезирован «неорганический бензол» – боразин (B 3N 3H 6). С той поры было описано много гетероциклических ароматических соединений – производных бензола, в которых один, два или даже три-четыре атома углерода заменены на гетероатомы, однако сообщения о неорганических аналогах бензола – циклических соединениях, в составе которых вообще нет атомов углерода, до сих пор единичны.