Celokovový aromatický kation [Bi4]4+

Aromatické sloučeniny jsou známé už dlouhou dobu, ale jsou spíše doménou organické chemie. Nedávno byla publikována příprava plně kovového iontu [Bi4]4+.[1]

Nejprve se podíváme na organické a anorganické aromatické sloučeniny obecně, a až v druhé části na výše zmíněný kation.

Aromatické sloučeniny

Aby mohla být sloučenina (nebo ion) považována za aromatickou, musí splňovat následující tři podmínky:

  1. Musí mít planární cyklickou strukturu
  2. Musí obsahovat konjugovaný systém dvojných vazeb
  3. Její počet π elektronů musí odpovídat výrazu 4n+2, kde n ≥ 0

Aromatické sloučeniny jsou velmi stabilní a poměrně neochotně podléhají reakcím. Konjugovaný systém násobných vazeb nelze zaměňovat za lokalizované násobné vazby, v planárním cyklu dochází k překryvu všech p-orbitalů konjugovaného systému. Projevuje se to např. sjednocením vazebných délek.

Překryv p-orbitalů v molekule benzenu. Zdroj: Vladsinger/Commons

Typickým příkladem je benzen, ten je tvořen šestičlenným planárním cyklem. Počet π elektronů je 6 (4*2 + 2). Aromatické látky samozřejmě nemusí být složeny jen z uhlíku a vodíku, ale mohou obsahovat i heteroatomy, např. dusík v případě pyridinu, C5H5N.

Ukázka aromatických struktur

Anorganické aromatické sloučeniny

Známe i několik aromatických sloučenin obsahujících kovy a polokovy ve své struktuře, např. arsabenzen, ten lze připravit z 1,4-pentadiynu:

Byly připraveny i další aromatické sloučeniny obsahující arsen:

Přítomnost heteroatomu samozřejmě ovlivňuje geometrii molekuly, pěkně je to vidět na příkladu 15. skupiny:

Srovnání molekuly benzenu a heterobenzenů s prvky 15. skupiny. Zdroj: Sponk/Commons

Mezi plně anorganické analogy benzenu patří borazin, B3N3H6. Delokalizace elektronů je ale narušena rozdílem elektronegativit mezi borem a dusíkem.

Struktura borazinu. Zdroj: Hbf878/Commons

Aromatický kation [Bi4]4+

Supramolekulární sloučenina obsahující aromatický kation byla připravena v Ruprechtově-Karlově univerzitě v Heidelbergu.[2]

Struktura supramolekulárního komplexu a aromatického kationtu. Zdroj: Nature Chemistry

Sloučenina obsahuje planární kation [Bi4]4+, tento silně elektronově deficitní kation obsahuje atomy bismutu v neobvyklém oxidačním stavu I. Kation je stabilizován interakcí s kavitou tvořenou pyrrolátovými kruhy bohatými na π-elektrony, dochází tak ke vzniku supramolekulárního komplexu. V tomto případě nejde o aromaticitu popsanou výše, ale o tzv. σ-aromaticitu, kdy dochází k delokalizaci σ-elektronů.

Prvním krokem přípravy byla reakce chloridu bismutitého s lithnou solí oktaethylporfyrinogenu a následnou záměnou kationtu za tetrafenylfosfonium.

Začátek syntézy. Zdroj: Nature Chemistry

Následnou reakcí s bromidem inditým (InBr3) došlo ke změně barvy ze světle oranžová na tmavě červenou, po třech dnech stání za laboratorní teploty se vyloučily krystaly supramolekulárního produktu.

Syntéza a struktura sloučeniny s kationtem Bi44+. Zdroj: Nature Chemistry

Tato metoda syntézy může být do budoucna velmi zajímavá, např. pro stabilizaci jiných iontových cyklů a klastrů.

Literatura

  1. Supramolecular trapping of a cationic all-metal σ-aromatic {Bi4} ring
  2. Heidelberg chemists characterise new basic structure in the field of aromaticity

Leave a Reply

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..