Amerykańscy chemicy otrzymali N-heterocykliczny karben, który okazał się stabilny w roztworze wodnym. Nie protonował z wodą i nie reagował z nukleofilami ze względu na duże podstawniki karboranowe. Badanie zostało opublikowane w Science Advances.
Karbeny to substancje organiczne z dwuwartościowym atomem węgla w swojej strukturze. Ten atom węgla ma zwykle niewspółdzieloną parę elektronów i wolny orbital, dzięki czemu karbeny są bardzo reaktywne w stosunku do nukleofili i elektrofili. N-heterocykliczne karbeny są bardziej stabilne niż inne ze względu na efekty elektroniczne dwóch atomów azotu znajdujących się w pobliżu centrum karbenowego. Ale nawet one szybko rozkładają się w powietrzu.
Chemicy pod przewodnictwem Vincenta Lavallo z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside niedawno wykazali, że N-heterocykliczne karbeny mogą być stabilne nie tylko w powietrzu, ale nawet w roztworze wodnym.
Aby uzyskać taki karben, naukowcy wprowadzili do cząsteczki prekursora N-heterocyklicznego karbenu dwa duże podstawniki klastra (karboran), w których dziewięć atomów boru i jeden atom węgla były ze sobą połączone. Jednocześnie każdy bor tworzył wiązanie z innymi atomami boru, a jedyny atom węgla w klastrze łączył się z fragmentem karbenu. Ponadto, aby zwiększyć stabilność przyszłego karbenu, chemicy chlorowali te podstawniki. Teraz każdy atom boru był związany z atomem chloru.
Chemicy zmieszali powstały chlorowany prekursor z heksametylodisilazydkiem litu, mocną zasadą. W tym przypadku powstał N-heterocykliczny karben. Naukowcy scharakteryzowali go za pomocą spektroskopii NMR i rentgenowskiej analizy strukturalnej. Podczas pracy zauważyli, że jeśli pozostawi się luźno zamkniętą ampułkę NMR z roztworem karbenu w powietrzu, jej widmo NMR nie zmienia się — to znaczy, że karben nie rozkłada się. Następnie do roztworu karbenu w tetrahydrofuranie dodali wodę destylowaną. Ku zaskoczeniu naukowców, nawet po dodaniu wody, widmo NMR w żaden sposób się nie zmieniło. Odkryli więc, że otrzymany karben jest stabilny w roztworze wodnym.
Ponadto naukowcy wykazali, że ich karben jest nie tylko stabilny w wodzie, ale można go również uzyskać w roztworze wodnym. Zmieszali prekursor karbenu i wodorotlenek litu w mieszaninie wody i tetrahydrofuranu — w rezultacie otrzymali czysty karben bez oznak rozkładu.
W ten sposób chemicy po raz pierwszy otrzymali karben stabilny w wodzie. Co więcej, nie reagował on nie tylko z wodą, ale także z kompleksami różnych metali przejściowych, heterokumulenu i pierwiastkowego selenu. Autorzy artykułu zakładają, że niska reaktywność otrzymanego karbenu związana jest z akceptorem i dużymi podstawnikami karboranowymi, które „chronią” karben przed innymi cząsteczkami.
Wcześniej omawialiśmy, jak chemikom udało się uzyskać po raz pierwszy krystaliczną postać nitrenu, która była stabilna w temperaturze pokojowej.
