Елітний хімічний клуб отримав нового члена після того, як команда в Німеччині знайшла спосіб з’єднати два атоми бору стабільним потрійним зв’язком. Бор приєднується до вуглецю та азоту як одного з небагатьох елементів у періодичній таблиці, які, як відомо, утворюють стабільні сполуки з потрійними зв’язками1. Теорія передбачала, що такі структури бору можливі, каже Хольгер Брауншвейг, хімік з Університету Вюрцбурга, який керував дослідженням. . Зрештою, потрійні зв’язки азот–азот і вуглець–вуглець є стабільними: наприклад, молекули азоту, які складають більшість нашого повітря, утримуються разом потрійним зв’язком. А бор стоїть поруч із вуглецем і азотом у періодичній таблиці, тому має порівнювати властивості. «Можна очікувати щось подібне для бору», — каже Брауншвейг. «Головною проблемою був синтез».
Дотепер найближче, до чого хтось підходив, була молекула, створена за допомогою лазера для випаровування бору в присутності монооксиду вуглецю (CO) при дуже низьких температурах2. Схоже, що ця сполука включала потрійний зв’язок бор–бор, оточений групами CO, але розпалася при температурах вище приблизно -263 °C.
З’єднання Брауншвейга, навпаки, стабільне до 234 °C, якщо його зберігати ізольовано від повітря. «В інертних умовах це дуже стабільна молекула», — каже Брауншвейг.
Щоб отримати з’єднання, команда замінила CO на об’ємні хімічні групи, що мають високу електронну донорність, які називаються N-гетероциклічними карбенами (NHC). Атоми елементів головної групи, як правило, найбільш стабільні, коли вони мають вісім електронів на своїх зовнішніх електронних оболонках. Якщо вони не мають цього числа як окремі атоми, вони часто діляться зі своїми сусідами, кожна пара електронів утворює єдиний хімічний зв’язок. Атоми бору мають лише три електрони на зовнішніх оболонках, тому в сполукі Брауншвейга два атоми ділять між собою всі шість своїх електронів, утворюючи потрійний зв’язок. Решта два електрони постачаються групами NHC.
Інші дослідницькі групи намагалися синтезувати потрійні зв’язки бор–бор, використовуючи два атоми бору, кожен з яких містить одну групу NHC і три атоми брому. Ідея полягала в тому, що броми будуть видалятися один за одним, а два атоми бору об’єднуватимуться, утворюючи одинарний зв’язок бор–бор, а потім подвійний і, нарешті, потрійний зв’язок. Однак процес утворення одинарного зв’язку був повільним, і атоми бору, позбавлені брому, мали тенденцію спочатку реагувати з навколишнім розчинником, а потім реагувати один з одним3.
Отже, група Брауншвейга почала з прекурсора, який уже мав один бор-борний зв’язок: B2Br4, стабілізований двома NHC. «З цим попередником дуже важко працювати — він розкладається при температурі вище -40°C — але ми показали, що ми можемо вибірково перетворити цю сполуку спочатку на утворення подвійного бор-борного зв’язку, а на другому кроці — на потрійний зв’язок. ", - каже Брауншвейг.
«Брауншвейг елегантно побачив проблему, починаючи з моноядерного прекурсора, і використав попередник із бор-борним зв’язком, який вже був на місці», — каже Кемерон Джонс, хімік з Університету Монаша в Мельбурні, Австралія, який працював над теоретичними дослідженнями потрійний зв'язок бор-бор. Результати, за його словами, незважаючи на те, що результати стабільні при нагріванні, «є дуже реакційними видами, і вони знайдуть застосування».
Команда Брауншвейга вже досліджує реакційну здатність нової сполуки, а також її потенційне використання в органічних електронних матеріалах. Боровмісні сполуки вже використовуються в промисловому виробництві, наприклад, органічних світлодіодів. «Я думаю, що це може бути корисним будівельним блоком», — каже Брауншвейг. «Майбутнє покаже нам, чи це хороший підхід».