Золото и иод показали химикам редкий пример изомерии

Химики из Китая и США обнаружили и впервые надежно подтвердили существование необычного вида изомерии, в котором у двух соединений различаются лишь один угол между атомами в молекуле. Веществом, обладающим такой изомерией оказался «угловой» кластер, состоящий из двух атомов золота и трех атомов иода — для него одновременно оказались устойчивыми состояния с острым углом и тупым. Исследование опубликовано в журнале Chemical Science, кратко о нем сообщает блог Королевского Химического Общества.

Авторы новой работы исследовали поведение вышеописанного кластера в газовой фазе, или, иначе говоря, в испаренном виде. Варьируя температуру, химики следили за изменениями в фотоэлектронном спектре соединения. Оказалось, что с ростом температуры в спектре начинает появляться дополнительный пик, соответствующий другому изомеру соединения. С помощью методов компьютерного моделирования исследователи выяснили, в чем состоят отличия между ними.

Выяснилось, что пара изомеров отличаются лишь углом между атомами золота и иода. При этом «высокотемпературный» изомер оказался уже «низкотемпературного» — 100,7 против 72 градусов. Уменьшение углов в молекуле, при прочих равных, увеличивает внутреннюю энергию молекулы, делая ее нестабильной. Однако, в случае с рассмотренным кластером, это сужение приводит к образованию связи между атомами золота, которая компенсирует напряженность молекулы. 

Впервые о подобном типе изомерии сообщалось в 1972 году химиками Корнелльского Университета — авторы той работы предположили, что в некоторых циклических органических соединениях могут наблюдаться аналогичные изменения в углах и длинах связей. Однако впоследствии эта гипотеза была опровергнута. 

Изомерами называются вещества, состоящие из одних и тех же атомов, но соединенных в различном порядке, формирующих разные геометрические объекты. Следует различать изомеры и конформеры — первые с трудом переходят из одного вещества в другое, этот процесс может и вовсе быть невозможен. Конформеры же способны легко превращаться друг в друга. Хорошим примером являются конформации циклогексана — молекулы, которую можно себе представить как шарнирный шестиугольник. Существуют три основные конформации, «кресло», «ванна» и «твист», сменяющие друг друга с огромной скоростью.