Tetrahedran Tipi Moleküller Düzgün Dört Yüzlü 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 1095 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 1095 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 mevcuttur3 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) ayırmışlar4 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