Метилидин (гидридоуглерод, метантриил, незамещённый карбин) — органическое соединение, молекула которого состоит из одного атома водорода , связанного с атомом углерода. Является исходным соединением для , получаемых из метилидина путём замещения водорода другими функциональными группами.

Имеет один неспаренный электрон, что и делает его радикалом. В возбуждённом состоянии может иметь три неспаренных электрона, поэтому химическая формула может выглядеть как CH• (или CH−) для одного неспаренного электрона, или ⫶CH, где три точки обозначают три неспаренных электрона. Является основой метиновой группы.

Метилидин — высокореактивный газ, который быстро разрушается в обычных условиях на Земле, но в изобилии присутствует в межзвёздной среде (одна из первых молекул, обнаруженных там).

Метин может связываться с атомами металлов в качестве тридентатного лиганда, образуя такие соединения, как .

Спектры CH были впервые идентифицированы в лаборатории еще в 1918 году; в 1937 году присутствие радикала CH было впервые обнаружено в межзвёздном пространстве, впоследствии CH был обнаружен на Солнце, в кометах, звёздных атмосферах, диффузных межзвёздных облаках, звёздах, галактиках. Метилидиновый радикал CH является одним из наиболее изученных молекулярных соединений в астрофизике (рассчитаны сечения фотодиссоциации и скорости разрушения радикала CH в межзвёздной среде), его спектры присутствуют в некоторых богатых кислородом звёздах, большинстве холодных богатых углеродом звёзд, а различные спектральные характеристики CH используются для классификации углеродных гигантов. Другие области его применения включают исследования углеводородных пламен и проверку изменений фундаментальных констант на основе определённых микроволновых переходов.

Номенклатура Тривиальное название «карбин» является предпочтительным названием по номенклатуре IUPAC.

В соответствии с заместительной номенклатурой, молекула рассматривается как молекула метана без трёх атомов водорода, что дает ей систематическое название «метилидин».

Согласно аддитивной номенклатуре, молекула рассматривается как атом водорода, связанный с атомом углерода, что и дало ей название «гидридоуглерод».

По умолчанию эти названия не учитывают состояние возбуждения молекулы.

Состояния с одним неспаренным электроном называются «метилилиден» или «гидридоуглерод(•)», с тремя неспаренными электронами — «метантриил» или «гидридоуглерод(3•)».

Связывание

Химическая связь — одна из основных концепций химии, и связь C–H является повсеместным примером. Связь C–H в радикале метилидина является аномально длинной и слабой, даже длиннее и слабее, чем в метане (CH₄) , что аномально, так как связь C–H сокращается по мере уменьшения числа заместителей вокруг соответствующего атома углерода (например, от этана к этену и этину). Эта аномалия обусловлена: положением, в котором достигается максимальное перекрытие электронных пар (квартет CH ••• ); и дестабилизирующим стерическим отталкиванием Паули между валентными орбиталями взаимодействующих фрагментов (дублет CH • ).

У радикала СН есть разные энергетические состояния. Самое стабильное —дублет (CH • , с одним неспаренным электроном, двумя возможными ориентациями спина) . Чтобы перейти в возбуждённое состояние квартет (CH ••• , с большей суммой спинов) нужно добавить энергию 71 кДж/моль.

Реакциями дублетного радикала с нерадикальными частицами являются реакции внедрения или присоединения:

[CH] • ( X 2 Π) + → H • + C O (основной) или •

Реакции квартетного радикала:

[CH] 3• ( a 4 Σ − ) + → + [HO] •

Метилидин может связываться с атомами металлов в качестве тридентатного лиганда в координационных комплексах (например, метилидинтрикобальтнонакарбонил )

Получение Метилидин можно получить из бромоформа.

Возникновение и реактивность Терминальные метилидиновые комплексы (M≡CH, где М — атом металла) представляют значительный научный интерес благодаря их потенциальной значимости для технологически важных реакций, включая активацию малых молекул (восстановление CO2), а также в качестве потенциальных поверхностных соединений в гетерогенных каталитических реакциях, включая активацию метана и процесс Фишера-Тропша. Они также представляют фундаментальный интерес для выяснения электронной структуры и реакционной способности множественных связей металл-углерод.

Промежуточное звено Фишера-Тропша Метилидиновые соединения являются промежуточными продуктами в процессе Фишера-Тропша, гидрировании CO с образованием углеводородов. Метилидиновые фрагменты, предположительно, связываются с поверхностью катализатора:

MnCO + H2 → MnCOH MnCOH + H2 → MnCH + H2O MnCH + <sub>'</sub>

Промежуточное соединение MnCH имеет тридентатный метилидиновый лиганд. Метиленовый лиганд затем готов к соединению с CO или с другой метиленовой группой, с увеличением цепи C−C.

Амфотерность Метилидиновая группа может проявлять как кислотные, так и основные свойства . Такое поведение представляет лишь теоретический интерес, поскольку метилидин в достаточных количествах получить невозможно.

В межзвёздном пространстве В 2016 году было заявлено, что метилидиновый радикал ⫶CH, углерод-водородный положительный ион :CH+ и углерод-ион ⫶'''C+ являются результатом ультрафиолетового излучения звёзд. Таким образом, свет звёзд способствует образованию химических веществ, которые являются предшественниками веществ, необходимых для существования жизни. Ранее причинами их появления заявлялись ударные события, создающие сильную турбулентность, связанные со сверхновыми и молодыми звёздами (с помощью телескопа Гершель изучалась туманность Ориона). Туманность Ориона содержит большое количество водородного газа, который, по мере нагревания, начинает реагировать с ионами углерода, первоначально образовавшиеся в звёздах, образуя CH+. В конечном итоге CH+ захватывает электрон, образуя нейтральную молекулу CH и это является началом всей углеродной химии.

Квантовые эффекты В 2023 году, в США, был запущен процесс анализа квантово-механического поведения этой простой молекулы, предполагающий охлаждение до одной миллионной доли градуса выше абсолютного нуля с помощью лазерного излучения.

См. также

Метиленовая группа Метиновая группа (метилилиденовая группа, =CH-)

Примечания

Категория:Межзвёздная среда Категория:Молекулы-радикалы