Впервые синтезирован комплекс бериллия в степени окисления ноль

Химики из Университета Юлия Максимилиана (Германия) впервые синтезировали устойчивый комплекс бериллия в формальной степени окисления ноль. Как отмечают авторы, это первый пример подобных комплексов и среди всего класса s-элементов — щелочных (литий, натрий, калий и так далее) и щелочноземельных (бериллий, магний, кальция и так далее). Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry, кратко о нем сообщает блог британского Королевского химического общества. 

Степенью окисления элемента называют величину электрического заряда, который бы он нес, если бы все связи в соединении были бы ионными. Это исключительно формальная величина, помогающая, тем не менее, классифицировать соединения одного и того же элемента. К примеру, несмотря на формальность, хлориды железа в степени окисления «+2» и «+3» обладают разными окрасками, а вода и перекись водорода, также отличающиеся лишь степенью окисления кислорода в них, обладают радикально отличающимися окислительными свойствами.

Сложность синтеза комплексов щелочных и щелочноземельных металлов в степени окисления ноль (такой же, как и в чистом металлическом состоянии элемента) заключается в том, что они очень легко отдают свои электроны в химических реакциях — поэтому они хорошие восстановители. Однако известны примеры, когда степени окисления металлов в комплексах оказываются меньше нуля — так называемые алкалиды: натриды, калиды и цезиды. В отличие от привычных солей щелочных и щелочноземельных металлов с положительной степенью окисления (например, хлорида натрия), эти соединения окрашены, что указывает на их необычное электронное строение. 

Комплексы таких металлов в нулевой степени окисления были предсказаны лишь теоретически — с помощью методов квантовой химии. В предложенных теоретиками соединениях атомы бериллия формировали связи с карбеновыми радикалами — активными частицами, обладающими лишь шестью электронами на атоме углерода, вместо восьми, необходимых для устойчивой конфигурации. Но до сих пор ни одной удачной попытки их синтеза представлено не было. Комплексы же переходных металлов — никеля, палладия, платины — в степени окисления ноль хорошо известны. Их применяют, например, в качестве катализаторов.

В новой работе химики воспользовались предсказаниями теоретиков, но изменили структуру предложенных карбенов. По аналогии с синтезированными ранее комплексами серы, фосфора и бора в нулевой степени окисления, авторы модифицировали лиганд так, чтобы он мог частично стягивать на себя электроны, находящиеся на атоме бериллия, в свою π-систему.

В результате ученые синтезировали твердые кристаллические вещества, ярко окрашенные в пурпурный цвет. Такая окраска характерна в неорганической химии лишь для переходных металлов и очень редко встречается в других соединениях. Бериллий образует в комплексе две связи с атомами углерода, располагаясь посередине между двумя лигандами. Авторы отмечают, что эти связи очень короткие, что указывает на их кратный порядок. Устойчивость молекул химики связывают с необычно прочной трехцентровой двухэлектронной связью углерод-бериллий-углерод.

Необычные валентные состояния атомов привлекают многие группы химиков. Так, исследователи из Университета Мичигана недавно синтезировали комплекс, в котором центральный атом металла одновременно образует одинарные, двойную и тройную связи с атомами азота лигандов.

Владимир Королёв