Tetrahedran-Tipi Moleküller

Düzgün dörtyüzlü (tetrahedron) nerdeyse en çok sevdiğim, takdir ettiğim düzgün çokyüzlüdür (regular polyhedron) diyebilirim; zaten topu topu beş tanedirler ve üzerinde ilk Platon çalıştığı için adları Platonik katılar olarak geçer. Düzgün çokyüzlüler, matemikte sıkça geçmeleri, estetik yönleri, mimaride kullanılmaları (bkz. sozcubukcunun Buckminster Fuller yazısına) ve de kimi heykeltraşların gözbebeği olmalarının (bkz. İsveç'te yaşamış olan ünlü heykeltraş İlhan Koman hakkında Yapı Kredi'den çıkan İlhan Koman/Retrospektif kitabına) yanısıra kimya için özellikle önemlidirler, çünkü birçok molekülün geometrisi ya bu şekillerden biridir yada onların bozulmuş bir halidir. Bu şekillerle ilgili ayrıntılı bilgiye Platon'un ve Arşimet'in Çokyüzlü Cisimleri kitabından ulaşabilirsiniz.

İşte yukarıdaki şekilde tipik bir düzgün dörtyüzlünün üstten görünüşünü görüyorsunuz. 4 köşesi, 4 yüzü ve 6 kenarı olan bu şekil gayet doğal olarak çokyüzlüler için geçerli olan ünlü köşe sayısı + yüz sayısı - kenar sayısı = 2 formülüne uyar. 4 tane C₃, 3 tane de C₂ simetri ekseniyle gayet simetriktir (simetri düzlemlerini hesaba katmıyorum). Nasıl Necker kübü gibi davrandığını da daha önce yazmıştık. Bu şeklin geometrik hesaplarını yapmak hiç de zor değildir ama ayrıntılı hesaplamalara buradan ulaşabilirsiniz.

Şimdi gelelim esas konumuza.. Düzgün dörtyüzlü geometri kimyanın nerdeyse heryerindedir. Organik kimya zaten bunun üzerine kurulmuştur; ama anorganikte de birçok koordinasyon bileşiği bu geometrinin peşini bırakmaz. İmdi, metan (CH₄) bu geometrinin en basit örneğidir; karbon atomu düzgün dörtyüzlünün merkezinde yer alırken hidrojenler de karbonla aralarındaki bağ açıları 109.5 ^o olacak şekilde köşelerde yer alırlar. Ama bu yazının konusu bu tip bileşiklerden ziyade merkezde atom barındırmayan düzgün dörtyüzlü moleküllerdir.

Gelelim tetrahedran adı verilen ama henüz sentezlenememiş olan ünlü, hipotetik, ütopik molekülümüze.. Tetrahedran C₄H₄ kapalı formülüne sahiptir ve karbonlar köşelerde olmak üzere her bir karbona bir hidrojen bağlanmıştır. Sozcubukcunun sitemizde bu molekülle ilgili zaten güzel bir yazısı mevcuttur; amacını, ilerde nerelerde kullanılabileceğini de yazmıştır.. Bizim amacımızsa burada konuyu biraz daha açarak tetrahedran türevlerini ve onun benzeri bazı anorganik molekülleri anlatmak..



Yukarıda tetrahedranın yanında gözüken P₄ molekülü yani beyaz fosfor doğal olarak bulunmasına karşın tetrahedran molekülü henüz sentezlenememiştir. Bunun en büyük nedeni de normalde 109.5 ^o olan sp³ hibrit açısının bu molekülde 60 ^o'ye düşmesinden kaynaklanan büyük halka gerilimidir. Tetrahedran, kardeşi olan (izomer desek daha iyi)siklobütadienden daha yüksek enerjilidir ve siklobütadien'den tetrahedrana geçiş sağlanamamıştır. (ki bütadien bile antiaromatik özelliğinden dolayı oldukça kararsızdır ve ancak çok düşük sıcaklıklarda varlığı gözlenebilmiştir).

İlk sentezlenen tetrahedran türevi, 1978'de Maier tarafından sentezlenen tetra-ter-bütil tetrahedrandır. Normal tetrahedran'ın aksine bu molekül etrafındaki tersiyer bütil gruplarından dolayı görece kararlı bir hale geçerler. Bunun nedeniyse bileşik bozunurken metil gruplarının yaklaşması sonucu artan enerjinin bu bozunmayı engellemesidir ki buna Corset etkisi denir.

Bu tarihten itibaren bir tersiyer bütil grubunun başka bir grupla değiştirilmesiyle değişik tetrahedran türevleri sentezlenmiştir. Son olarak 2002 yılına ait bir makalede¹ tetrakis(trimetilsilil)tetrahedran molekülünün aynı formüllü siklobütadien bileşiğinin radyasyonla muamelesi ile sentezlendiğini gördüm. Şaşırtıcı bir şekilde bu bileşiğin 300 ^o'ye kadar kararlı olduğu gözlenmiş ve yapılan kuramsal hesaplamalar izomeri olan siklobütadien türevinden enerji olarak çok daha düşük olduğunu göstermiş. Yine tetrahedran türevleri üzerine kuramsal bir çalışmayı ODTÜ profesörlerinden Metin Balcı'nın Michael L. McKee ve Paul von Ragué Schleyer ile yayımladığı makalesinde² bulabilirsiniz.

Son olarak biraz da anorganik tetrehedran-tipi moleküllere bir göz atalım. Bildiğiniz üzre bor elementi anorganiğin karbonu olarak geçer ve hidrojenle ve karbonla çok değişik bağ kombinasyonları yapabilir (boranlar ve karboranlar). İşte borun da bor atomları düzgün dörtyüzlünün köşesinde olacak şekilde ve herbirine birer klor veya tersiyer bütil grupları takılı olacak şekilde sentezlenmiş tetrahedran-tipi molekülleri mevcuttur.³ Ayrıca aşağıdaki resimde gördüğünüz gibi içine kobalt girmiş tetrahedran-tipi moleküller de vardır.



Ve nihai son olarak Çinlilerin ilginç bir çalışmasından bahsedeceğim. Öyle ki düzgün dörtyüzlünün her köşesinde kobalt, selenyum, rutenyum, molibden elementleri olacak şekilde değişik kiral tetrahedran-tipi kompleksler sentezlemişler ve bunların enantiyomerlerini kendi yaptıkları kiral bir durağan faz üzerinde Yüksek performanslı sıvı kromatografisinde (HPLC) ayırmışlar.⁴ Elalem çalışıyor azizim, boş durmamak lazım...

¹ Maier G., Neudert J., Wolf O., Pappusch D., Sekiguchi A., Tanaka M., Matsuo T. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13819
² Balci M., McKee M. L., Schleyer P. V. R. J. Phys. Chem. A 2000 104 1246
³ Siebert W., Maier J., Maier A., Greiwe P., Bayer M. J., Hofmann M., Pritzkow H. Pure Appl. Chem. 2003, Vol. 75, No. 9, 1277
⁴ Wang X., Li W. Z., Zhao Q., Li Y., Chen L. Analytical Sciences 2005 Vol. 21, 125

Not: Yukarıdaki referansta verilen makalelere ulaşmak isterseniz kimyasanal üzerinden bana bir mesaj atmanız yeterlidir. Elimden geldiğince internet üzerinden göndermeye çalışırım.

Üye Yorumları

Yazar	Mesaj
	Henüz yorum eklenmedi! İlk yorumu sen yap!