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 czasopiśmie Science Advances.
Karbeny to substancje organiczne z dwuwartościowym atomem węgla w swojej strukturze. Ten atom węgla zazwyczaj posiada wolną parę elektronową i wolny orbital, dzięki czemu karbeny są bardzo reaktywne w stosunku do nukleofili i elektrofili. N-heterocykliczne karbeny są bardziej stabilne niż inne dzięki efektom elektronowym dwóch atomów azotu znajdujących się w pobliżu centrum karbenowego. Jednak nawet one szybko ulegają rozkładowi w powietrzu.
Chemicy pod kierownictwem Vincenta Lavallo (Vincent 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 klastrowe (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 był przyłączony do fragmentu 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, silną 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 ulega rozkładowi. Następnie dodali ją do roztworu karbenu w wodzie destylowanej tetrahydrofuranem. Ku zaskoczeniu naukowców, nawet po dodaniu wody, widmo NMR nie uległo żadnej zmianie. Stwierdzili więc, że otrzymany karben jest stabilny w roztworze wodnym.
Co więcej, 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 również z kompleksami różnych metali przejściowych, heterokumulenu i selenu pierwiastkowego. Autorzy artykułu zakładają, że niska reaktywność otrzymanego karbenu jest związana z obecnością akceptora i dużych podstawników karboranowych, które „chronią” karben przed innymi cząsteczkami.
Wcześniej omawialiśmy, jak chemikom udało się uzyskać po raz pierwszy krystaliczny nitren stabilny w temperaturze pokojowej.
