Kulstof-kulstof kovalente bindinger langt mere fleksible end antaget

En forskningsgruppe fra Hokkaido University har med succes påvist, at carbon-carbon (C-C) kovalente bindinger udvider sig og trækker sig sammen fleksibelt som reaktion på lys og varme. Denne uventede fleksibilitet af C-C-bindinger kunne give nye egenskaber til organiske forbindelser.

Stiv og robust, C-C kovalente bindinger er den mest grundlæggende struktur i organiske og biologiske forbindelser. At forstå deres natur er afgørende for at forbedre vores viden om kemiske fænomener.

Som regel, C-C-bindingslængden er næsten konstant. Forskerne, imidlertid, udførte denne undersøgelse på den forudsætning, at ekstremt langstrakte C-C-bindinger er svage, og så kan udvide eller trække sig sammen som reaktion på ydre stimuli. Gruppen designede og syntetiserede forbindelser, der cykliserer for at danne burlignende strukturer, når de udsættes for lys. De undersøgte, hvordan den strukturelle transformation påvirker længden af ​​C-C-bindinger ved forbindelsernes kerner.

Forskerne fandt ud af, at C-C-enkeltbindingerne i kernen trækker sig sammen fleksibelt under fotocyklisering. De fandt også ud af, at cykliseringen kan vendes ved opvarmning, og C-C-bindingerne udvider sig, når forbindelserne vender tilbage til den oprindelige tilstand. Brug af enkeltkrystaller af forbindelserne som analoger gjorde det muligt for forskerne direkte at observere deres fleksibilitet og let belyse deres struktur i detaljer.

Dette er første gang, processen med udvidelse og sammentrækning af C-C-obligationer er blevet observeret direkte. Forskerne konkluderede, at dette er et nyt fænomen, hvor C-C-obligationer opnåede fleksibilitet, når de blev forlænget til grænsen, mindske bindingsenergien. Desuden, de viste, at forbindelsens oxidationspotentiale ændrede sig med mere end 1 volt på grund af den reversible udvidelse og sammentrækning af den ekstremt forlængede C-C-binding, foreslå en ny ejendom relateret til obligationens fleksibilitet.

Forskerne siger, at syntetisering af forbindelser med endnu længere bindinger kan føre til flere funktioner gennem unikke reaktioner eller store ændringer i deres egenskaber. Denne udfordrende forskning, rettet mod at slå rekorden for længden af ​​C-C enkeltbindingen, spiller en rolle i udviklingen af ​​materialer, der kan aktiveres/deaktiveres med en ny responstilstand.

Forskerne er Takuya Shimajiri, Professor Takanori Suzuki og adjunkt Yusuke Ishigaki fra Hokkaido Universitets afdeling for kemi. Resultaterne af deres undersøgelse blev offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition den 30. september, 2020. Dette arbejde følger deres undersøgelse i 2018, hvor gruppen syntetiserede en organisk forbindelse med en rekord C-C bindingslængde på mere end 0,18 nanometer, sammenlignet med standard 0,154 nanometer.