Ukončená mezera ve vědě v chemii

V.L.n.R. paní Dr. Elisabeth Irran (rentgenová strukturní analýza), Dr. Robert Müller (obor teoretické chemie - kvantová chemie), Dr. Qian Wu, Prof. Dr. Martin Kaupp, Dr. Hendrik F. T. Klare, Prof. Dr. Martin Oestreich. (© TU Berlin/PR/Dominic Simon)

Podle některých poznatků se hledá věčně a když je nakonec najdou, zdá se vše být úplně jednoduché. Podobně tomu bylo i u pracovního týmu kolem Dr. Martina Oestreicha, profesora organické chemie – syntézy a katalýzy na TU Berlín, a jeho spolupracovníků Dr. Hendrika Klareho a Dr. Qiana Wu. Jejich výzkumný projekt „Charakterizace vodíkem substituovaných silyliových iontů v kondenzované fázi“ byl nyní publikován v prestižním vědeckém časopise Science. Tyto silyliové ionty jsou těžko zachytitelné látky, které dříve, pokud vůbec, bylo možné prokázat pouze v plynném stavu. „Obzvlášť nás těší, že se jedná o čistou publikaci TU Berlín,“ říká Martin Oestreich. „Skutečná laboratorní práce byla provedena stipendistkou Humboldta Dr. Qiankou Wu z mé skupiny.“ V oboru Dr. Martina Kauppa, profesora teoretické chemie – kvantové chemie, byla teorie spočítána a Dr. Elisabeth Irran, vedoucí centra pro stanovení krystalové struktury na TU Berlín, změřila molekulární struktury.

Už více než 100 let je známo, že existují takzvané karboniové ionty. Jedná se o velmi reaktivní, kationické (kladně nabité) meziprodukty z uhlíkové chemie. Po jejich objevu trvalo desetiletí, než bylo možné je vyrábět a také charakterizovat, protože jejich velmi reaktivní povaha to stále znemožňovala. George Olah byl za charakterizaci těchto karboniových iontů v roce 1994 oceněn samostatnou Nobelovou cenou.

V periodické tabulce prvků je v šesté hlavní skupině pod uhlíkem umístěn křemík – stejně jako uhlík, což je extrémně důležitý prvek z ekonomického i vědeckého hlediska. Kuriózně je známo, že do nedávné doby neexistovaly žádné kationty křemíku odpovídající karboniovým iontům. Jejich existenci bylo možné teoreticky předpovědět a udržet je v plynném stavu, ale v laboratoři je stabilizovat nebo dokonce izolovat se nepodařilo, protože se také jedná o extrémně reaktivní molekuly.

Před přibližně 25 lety se poprvé podařilo prokázat takzvané terciární silyliové ionty – tedy kationty křemíku se třemi substituenty uhlíku. Dr. Qiankua Wu se nyní podařilo vyrobit všechny tři další deriváty v roztoku i v pevném skupenství. To jsou silyliové ionty, které nesou buď dva, nebo jeden substituent uhlíku, nebo dokonce pouze atomy vodíku. „Tímto krokem učinila pro křemík to samé, co před desetiletími George Olah pro karboniové ionty, a tím uzavřela velkou mezeru ve znalostech hlavních skupin chemie a chemie obecně,“ popisuje význam práce Martin Oestreich.

Ačkoli se tato objev může laikovi zdát spíše abstraktní, pro chemiky jde o základní otázky z chemie: „Reaktivita těchto meziproduktů je tak vysoká, že reagují s jakoukoli látkou v okolí. Jejich izolace je proto velmi složitá,“ vysvětluje Hendrik Klare. Proto se vědci nejprve nezaměřují na otázku jejich využití. Šlo jednoduše o generování učebnicových znalostí. „Aplikace nebyly hlavním cílem naší práce, ale nyní je poprvé možné tyto nové molekuly systematicky zkoumat. Je to důležitý krok směrem k využití, zejména v homogenní katalýze,“ říká Hendrik Klare. „Jednou z možných možností je aktivace velmi reaktivních látek, například fluorchlorovaných uhlovodíků (FCKW). Je zcela představitelné, že těmito silyliovými ionty lze nahradit fluor v těchto dosud velmi obtížně rozložitelných látkách vodíkem,“ dodává Martin Oestreich.