Метилидин- радикал

Метилидин (также известный как гидридоуглерод, метанетриил или незамещённый карбин) — это органическое соединение, молекула которого состоит из одного атома водорода, ковалентно связанного с атомом углерода. Он является родоначальной структурой для целого класса производных, образующихся при замещении атома водорода различными функциональными группами.

В зависимости от состояния возбуждения молекулы, атом углерода в метилидине может иметь либо один, либо три неспаренных электрона, что относит это соединение к свободным радикалам. Химическая формула может записываться как CH• или CH3• (⫶CH), где точка обозначает неспаренный электрон. Часто используется и упрощённая запись CH-.

Метилидин представляет собой химически активный газ, который быстро разлагается в земных условиях, однако он широко распространён в межзвёздной среде и был одной из первых молекул, обнаруженных в космосе.

Номенклатура[править | править код]

Тривиальное название «карбин» считается устаревшим.

Согласно заместительной номенклатуре ИЮПАК, молекула рассматривается как метан, лишённый трёх атомов водорода, что даёт систематическое название «метилидин».

В рамках аддитивной номенклатуры соединение трактуется как атом водорода, связанный с атомом углерода, отсюда происходит название «гидридоуглерод».

Эти названия по умолчанию не отражают состояние возбуждения молекулы. Состояние с одним неспаренным электроном обозначается как «метилилиден» или «гидридоуглерод(•)», а с тремя неспаренными электронами — «метанетриил» или «гидридоуглерод(3•)».

Строение и химическая связь[править | править код]

Основное электронное состояние радикала CH• является дублетным (обозначается X²Π). Первые два возбуждённых состояния — это квартетное, с тремя неспаренными электронами (a⁴Σ⁻), и ещё одно дублетное (A²Δ). Энергия квартетного состояния примерно на 71 кДж/моль выше, чем у основного.

Для дублетного радикала характерны реакции внедрения или присоединения к нерадикальным частицам, например:

CH• (X²Π) + O₂ → H• + CO₂ (в основном состоянии) или H• + CO + O•

Реакции квартетного радикала протекают иначе:

CH3• (a⁴Σ⁻) + O₂ → H₂CO + HO•

В химии координационных соединений метилидин может выступать в роли лиганда, связываясь с атомами металлов, как, например, в комплексе метилидинтрикобальтнонакарбонила HCCo₃(CO)₉.

Образование и химические свойства[править | править код]

Промежуточный продукт в синтезе Фишера — Тропша[править | править код]

Соединения метилидина являются ключевыми промежуточными продуктами в процессе Фишера — Тропша, который заключается в гидрировании монооксида углерода с образованием углеводородов. Предполагается, что фрагменты метилидина связываются с поверхностью катализатора:

MₙCO + H₂ → MₙCOH

MₙCOH + H₂ → MₙCH + H₂O

MₙCH + ... (далее следует рост углеродной цепи)

Промежуточный комплекс MₙCH содержит трёхкоординатный метилидиновый лиганд. Образовавшаяся метиленовая группа (H₂C) затем может вступать в реакцию с CO или другой метиленовой группой, приводя к формированию связи C–C и удлинению цепи.

Амфотерный характер[править | править код]

Метилидиновая группа теоретически способна проявлять как кислотные, так и основные свойства. Однако это поведение представляет в основном академический интерес, поскольку выделение свободного метилидина в чистом виде практически невозможно.

В межзвёздном пространстве[править | править код]

Согласно заявлению 2016 года, метилидиновый радикал (⫶CH), положительный ион CH⁺ и ион углерода C⁺ образуются в межзвёздной среде под действием ультрафиолетового излучения звёзд. Ранее их происхождение связывали с турбулентными процессами, сопровождающими вспышки сверхновых и эволюцию звёзд до главной последовательности.