En forskargrupp från Hokkaido University har framgångsrikt visat att kol-kol (C-C) kovalenta bindningar expanderar och drar ihop sig flexibelt som svar på ljus och värme. Denna oväntade flexibilitet hos C-C-bindningar kan ge nya egenskaper till organiska föreningar.

Stabil och robust, C-C kovalenta bindningar är den mest grundläggande strukturen i organiska och biologiska föreningar. Att förstå deras natur är viktigt för att förbättra vår kunskap om kemiska fenomen.

Vanligtvis, C-C-bindningslängden är nästan konstant. Forskarna, dock, genomförde denna studie på premissen att extremt långsträckta C-C-bindningar är svaga, och så kan expandera eller dra ihop sig som svar på yttre stimuli. Gruppen designade och syntetiserade föreningar som cykliserar för att bilda burliknande strukturer när de utsätts för ljus. De undersökte hur den strukturella transformationen påverkar längden av C-C-bindningar vid föreningars kärnor.

Forskarna fann att C-C enkelbindningar i kärnan drar ihop sig flexibelt under fotocyklisering. De fann också att cykliseringen kan vändas genom uppvärmning, och C-C-bindningarna expanderar när föreningarna återgår till det ursprungliga tillståndet. Att använda enkristaller av föreningarna som analoger gjorde det möjligt för forskarna att direkt observera deras flexibilitet och enkelt belysa deras struktur i detalj.

Detta är första gången processen för expansion och kontraktion av C-C-obligationer har observerats direkt. Forskarna drog slutsatsen att detta är ett nytt fenomen, där C-C-bindningar fick flexibilitet när de förlängdes till gränsen, minskar bindningsenergin. Vidare, de visade att oxidationspotentialen för föreningen förändrades med mer än 1 volt på grund av den reversibla expansionen och sammandragningen av den extremt långsträckta C-C-bindningen, föreslår en ny egenskap relaterad till obligationens flexibilitet.

Forskarna säger att syntetisering av föreningar med ännu längre bindningar kan leda till fler funktioner genom unika svar eller stora förändringar i deras egenskaper. Denna utmanande forskning, syftar till att slå rekordet för längden av CC-enkelbindningen, spelar en roll för att utveckla material som kan aktiveras/avaktiveras av ett nytt svarsläge.

Forskarna är Takuya Shimajiri, Professor Takanori Suzuki och biträdande professor Yusuke Ishigaki vid Hokkaido Universitys avdelning för kemi. Resultaten av deras studie publicerades i Angewandte Chemie International Edition den 30 september, 2020. Detta arbete följer deras studie 2018, där gruppen syntetiserade en organisk förening med en rekord C-C-bindningslängd på mer än 0,18 nanometer, jämfört med standarden 0,154 nanometer.