Немецкие химики синтезировали молекулу, в которой атом углерода нарушает известное каждому десятикласснику правило о том, что углерод способен образовывать не больше четырех химических связей.
Получен ион, в котором углерод связан с шестью другими атомами
Moritz Malischewski, K. Seppelt/Angewandte Chemie International Edition

Химическая связь образуется, когда электроны переходят в совместное «владение» двух или более атомов. В такие отношения могут вступать не все электроны, которые есть у атома, а только некоторые, и число их строго определено для каждого элемента. У углерода таких электронов четыре: они и участвуют в образовании химических связей во всех его соединениях. Поэтому в подавляющем большинстве случаев говорят, что углерод четырехвалентен, то есть способен образовать четыре химические связи.

Однако иногда можно заставить атом углерода распорядиться своими электронами экзотическим образом — например, распределив их между пятью (вместо четырех) другими атомами, как это сделали в 2005 году японские ученые. Для этого потребовалось выделить очень нестабильный ион сложной органической молекулы, в которой один из атомов углерода в некоторой степени обобществлял свои электроны с тремя другими атомами углерода и двумя атомами кислорода, в сумме образуя пять химических связей.

Другие расчеты косвенно доказывали возможность существования даже большего числа атомов, с которыми атом углерода может «поделиться» электронным облаком. В 1973 году расклад с шестью «соседями» у одного углеродного атома в ионе гексаметилбензола предсказала группа немецких ученых, а спустя сорок с небольшим лет их соотечественники Мориц Малишевски (Moritz Malischewski) и Конрад Зеппельт (Konrad Seppelt) получили ион и доказали, что расчёты их коллег были верны.

Фото Moritz Malischewski, K. Seppelt/Angewandte Chemie International Edition

Катион гексаметилбензола получить не так просто: он существует только в самых сильных кислотах, которые так и называются — магическими. Малишевски и Зеппельту удалось кристаллизовать соль гексаметилбензола из растовора фторсульфоновой кислоты в фториде сурьмы (C6(CH3)62+(SbF6-)2·HSO3F) и провести рентгеноструктурный анализ, который показал, что когда от гексаметилбензола отнимается два протона, один из атомов углерода ароматического кольца поднимается из плоского шестиугольника над остальными атомами кольца. В результате образуется пирамида с пятиугольным основанием, а атом углерода, который образует вершину этой пирамиды, оказывается связан с пятью атомами основания и одним атомом углерода метильной группы, то есть с целыми шестью другими атомами.

Результаты экспериментов и измерений Малишевски и Зеппельта опубликованы в журнале Angewandte Chemie International Edition.