נתגלה הקשר הכימי הקצר ביותר בין אטומי פחמן לכלור

חוקר מהמחלקה לכימיה וביוכימיה באוניברסיטת מינכן שהתמקד תחילה בהכנה ובבחינה של חומרים עתירי-אנרגיה חדישים, הדגים לראשונה שאפילו שכנים שניוניים ושלישוניים עשויים להיות בעלי השפעה מכרעת על תכונותיו של קשר כימי

התיאור של מבנה תרכובות ושל יחסי-הגומלין בין אטומים המרכיבים אותן הינו אחד מהיעדים הבסיסיים ביותר במדע הכימיה. מודלים לקישור כימי, המתארים את התכונות הללו היטב, קיימים כבר במדע. אולם, כל חריגה מהגורמים הרגילים עשויה להוביל לשיפור נוסף במודלים אלו. כימאים מאוניברסיטת מינכן בגרמניה חקרו עתה פרודה המכילה קשר כימי קצר במיוחד.

כפי שפורסם ע”י החוקרים בכתב-העת המדעי Nature Chemistry, אטום הפחמן ואטום הכלור בפרודה המכונה כלורוטריניטרומתאן מצויים במרחק של 1.69 אנגסטרום בלבד זה מזה. “פעולות-גומלין לא-קוולנטיות הינן אחד מהגורמים האחראיים למרחק קצר זה,” מציין החוקר Göbel, שבעבודת הדוקטורט שלו נחשפו הממצאים החדשים. “הבנה טובה יותר של פעולות-גומלין אלה הינה חשובה ומועילה בכל התחומים בהם הכרה מולקולארית והתגודדות-עצמית באות לידי ביטוי.”

מודלים של קישור כימי, ששימשו בהצלחה מרובה יותר ממאה שנים, מניחים כי ניתן לקבל תיאור ראוי של תכונות התרכובות בעודנו מתעלמים או מזניחים את פעולות-הגומלין שבין קשרים כימיים לא צמודים. ההנחה כי פעולות-גומלין אלקטרוסטאטיות בין שכנים המרוחקים שניים, שלושה ואף יותר קשרים הינן חשובות ולא ניתן להזניחן לא היתה רווחת עד כה. צוות החוקרים של פרופסור Thomas M. Klapötke מהמחלקה לכימיה וביוכימיה באוניברסיטת מינכן (LMU), שהתמקד תחילה בהכנה ובבחינה של חומרים עתירי-אנרגיה חדישים, הדגים עתה, לראשונה אי-פעם, שאפילו שכנים שניוניים ושלישוניים עשויים להיות בעלי השפעה מכרעת על תכונותיו של קשר כימי.

לשם מחקרם, המדענים בחרו את התרכובת הקרויה כלורוטריניטרומתאן המכילה אטום כלור ושלוש קבוצות ניטרו הקשורים כולם לאטום פחמן משותף. קבוצת הטריניטרומתאן עצמה מורכבת מאטום פחמן המחובר לשלוש קבוצות ניטרו. יחידה זו שייכת לקבוצת החומרים המכונים פסיאודו-הלוגנים, שהם חומרים בעלי תכונות דומות לאלו של ההלוגנים הרגילים. שתי הקבוצות מורכבות מאטומים לא מתכתיים, שבאופן רגיל מצויים במצב הנוזלי או הגזי ויוצרים מלחים עם המתכות. אולם, שלא כהלוגנים, הפסיאודו-הלוגנים אינם יסודות אטומיים מקוריים אלא קבוצות כימיות המורכבות ממספר רכיבים שונים.

באמצעות אנליזה מבנית המבוססת על קרני-רנטגן החוקרים הצליחו לראשונה אי-פעם לחשוף את המבנה הפנימי של תרכובת הכלורוטריניטרומתאן והסיקו מכך מסקנות לגביי המרחקים בין האטומים השונים.

במחקרם, הכימאים הראו כי קיים מאפיין מעניין בתרכובת הזו – המרחק בין אטום הכלור לבין אטום הפחמן שלה הוא רק של 1.69 אנגסטרום. מרחק זה, שנמדד כעת, הינו הקצר ביותר שנצפה אי-פעם עבור קשר כימי יחיד בין אטום כלור לאטום פחמן. כל המרחקים שנמדדו עד כה היו בתחום של בין 1.71 ל- 1.91 אנגסטרום.

תודות לחישובים תיאורטיים, שנעשו בשיתוף פעולה עם פרופסור Peter Politzer מאוניברסיטת ניו-אורלינס שבארה”ב, החוקרים הצליחו לאפיין את פיזור המטענים החשמליים בתוככי הפרודה. מהממצאים שהתקבלו מסתבר כי לאטום הכלור יש פוטנציאל אלקטרוסטאטי חיובי – מקרה נדיר, מכיוון שלרוב לכלור יש פוטנציאל אלקטרוסטאטי שלילי בחומרים אחרים. בשילוב עם נתונים נוספים לגביי פיזור המטענים בשאר האטומים, ממצא זה מסביר מדוע אטומי הכלור והפחמן קשורים באופן כה הדוק אחד לשני. תוצאות המחקר מראות, באופן מעורר התרשמות, כי לפעילות-הגומלין האלקטרוסטאטית בין האטומים המרכיבים פרודה עשויה להיות השפעה משמעותית על אורכי הקשרים, אפילו אם אטומים אלו אינם מחוברים ישירות לאחד מהאטומים שכן מרכיבים את הקשר עצמו.

במקרה של החומר שנבחן, השפעה זו משמעותית במיוחד ומובילה לקשר כלור-פחמן קצר באופן חריג. יתרה מכך, גורמים אלו יכולים להיות חשובים ביותר במקרים שונים אחרים, במיוחד בתחומים בהם פרודות נדרשות “להכיר” אחת את השנייה וליצור מבנים מורכבים וגדולים יותר יחדיו. מנגנונים אלו הינם בעלי תפקיד מכריע, לדוגמא, במערכות ביולוגיות ובננוטכנולוגיה.

הידיעה מאוניברסיטת מינכן

שיטה חדשה למחזור תוצרי-לוואי מזיקים המתקבלים בהכנת כלורו-פחמימנים

טפלון: כימאים מפרקים קשרים מזיקים
/