Würzburg'da kimyagerler, 60 yılı aşkın süredir aranan bor-oksijen moleküllerini yalıtmayı başardı

Almanya'daki Würzburg Üniversitesi'nde çalışan araştırmacılar, kimyacıları 60 yılı aşkın süredir uğraştıran bir bulmacayı çözdü. Ekip, oksoboran adı verilen ve sıradan laboratuvar koşullarında incelenemeyecek kadar kararsız sayılan bir molekül grubunu hem üretmeyi hem de yalıtmayı başardı. Çalışma Nature Chemistry dergisinde yayımlandı. Üstelik yöntem, beklenenin aksine oldukça yalın tepkimelere dayanıyor.

Oksoboranlar neden bu kadar zor yakalanıyordu?

Oksoboranlar, bor ile oksijen atomu arasında üçlü bağ taşıyan moleküllerdir. Üçlü bağda iki atom üç elektron çiftini paylaşır. Bor ise üçlü bağ kurmaya pek yatkın olmayan bir element. Çalışmayı yöneten Prof. Holger Braunschweig, 15 yılı aşkın süredir tam da bu sınırlamayı aşmaya, yani bor içeren sıra dışı bağlar kurmaya odaklanıyor.

Kimyacılar bu bileşiklerin peşine çok uzun zaman önce, geçen yüzyılın başlarında düşmüştü. Zaman içinde organik ve inorganik kimya alanlarında çalışan bilim insanları oksoboranları aşırı koşullarda tespit etmeyi ve tuzağa düşürmeyi başardı. Bazı deneyler de varlıklarına dolaylı kanıt sundu, ilişkili birkaç türev de elde edildi. Ancak ayrılıp ayrıntılı biçimde incelenebilecek kararlı örnekler bir türlü ortaya çıkmadı.

Beklenmedik tepkime beklenmedik sonuç verdi

Atılım, başka bir hedefe yönelik görünen deneylerden çıktı. Würzburg'da iki doktora öğrencisi, Lukas Lubczyk ve Christian Markl, birbirinden bağımsız olarak diboraküümülen denen bir bileşiğin çeşitli ketonlarla tepkimesini inceliyordu. Ketonlar organik sentezde sık kullanılan kimyasallardır. İki araştırmacı da tepkimelerin turuncu ya da sarı renkli katılar verdiğini fark etti.

Lubczyk, bulguyu hoş bir sürpriz olarak niteledi. Diboraküümülenin bu şekilde tepkime vereceğini hiç düşünmediğini, üstelik bunun birden fazla basit madde ile gerçekleşmesinin de beklenmediğini söyledi. Markl kendi bileşiğini getirdiğinde ise önemli bir şeyin peşinde olduklarını anladığını ifade etti.

Sonuçları özellikle çarpıcı kılan, başka kimyasal çıktıların daha olası görünmesine rağmen ana ürünün oksoboran olmasıydı. Braunschweig'a göre alandaki neredeyse herkes oksoboranlardan umudu kesmişti, çünkü bunların yalıtılamayacak kadar kararsız olduğu düşünülüyordu. Moleküllerin tepkimelerde kendiliğinden oluşup incelenebilecek kadar ortamda kalması ekibi şaşırttı.

Üç farklı oksoboran elde edildi

Yeni yöntemle bilim insanları üç ayrı oksoboran hazırladı. Yaklaşımın birden fazla bileşikte işe yaraması, bu zor ulaşılan moleküllerin çok daha geniş bir yelpazesine kapı aralayabileceğini düşündürüyor. Ekip şimdi tekniğin ne kadar geniş uygulanabileceğini araştırıyor. Amaç yalnızca daha fazla oksoboran üretmek değil; benzer stratejilerin periyodik tablonun farklı bölgelerindeki elementlerle ulaşılması güç başka bileşikleri de mümkün kılıp kılmadığını görmek.

Çalışma uluslararası bir iş birliğiyle yürüdü. Hindistan'daki Tezpur Üniversitesi'nden Prof. Ashwini K. Phukan'ın yönettiği grup, hesaplamalı kimya desteği sağladı. Finansman ise Alman Araştırma Vakfı (DFG), Alman Akademik Değişim Servisi (DAAD) ve Hindistan Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'na bağlı DST tarafından karşılandı.

Arka plan

Periyodik tablonun p bloğunun ilk sırasındaki elementler, yani bor, karbon, azot ve oksijen gibi atomlar, kimyada temel yapı taşlarıdır. Karbon ile azot arasındaki üçlü bağlar çok iyi bilinirken, bor söz konusu olduğunda tablo çok farklıdır. Bor atomunun elektron eksikliği, bileşiklerini çoğu zaman tepkimeye aşırı yatkın yapar. Bu yüzden kararlı bor bileşikleri tasarlamak özel bir ustalık gerektirir.

Braunschweig'ın grubu bu alanda daha önce de dönüm noktalarına imza atmıştı. Ekip 2012'de iki bor atomu arasında üçlü bağ içeren ilk molekülü bildirdi. 2025'te ise bor ile karbon arasında üçlü bağ taşıyan ilk nötr molekülü elde etti. Oksijenli üçlü bağ, bu serideki eksik halkalardan biri olarak duruyordu ve şimdi o halka tamamlanmış görünüyor.

Neden önemli?

Bu çalışma öncelikle temel kimya açısından değerli. Bir molekül sınıfı yalnızca geçici bir ara ürün olarak tespit edildiğinde, yapısı ve davranışı hakkında yapılabilecek çıkarımlar sınırlı kalır. Kararlı biçimde ayrılabilen örnekler ise bağ yapısının, tepkimeliğin ve elektronik özelliklerin doğrudan incelenmesine olanak tanır. Böylece kuramsal modeller deneysel verilerle sınanabilir.

Bir diğer önemli nokta yöntemin sadeliği. Yıllarca aşırı koşullar ve karmaşık stratejiler gerektirdiği düşünülen bir hedefe, görece basit başlangıç maddeleriyle ulaşılabilmesi, kimyada beklenmedik tepkimelerin ne kadar öğretici olabileceğini gösteriyor. Yeni bileşik sınıflarının pratik kullanımı şimdilik kesin değil; kaynaktaki bilgiler uygulama alanı konusunda bir iddia içermiyor. Yine de ekibin yöntemi diğer elementlere genişletme hedefi, ileride egzotik bileşiklerin daha geniş bir ailesinin kimyagerlerin eline geçebileceğine işaret ediyor.