Een onderzoeksgroep van Hokkaido University heeft met succes aangetoond dat covalente koolstof-koolstof (C-C) bindingen flexibel uitzetten en samentrekken als reactie op licht en warmte. Deze onverwachte flexibiliteit van C-C-bindingen zou nieuwe eigenschappen kunnen verlenen aan organische verbindingen.

Stijf en robuust, CC-covalente bindingen zijn de meest basale structuur in organische en biologische verbindingen. Het begrijpen van hun aard is essentieel om onze kennis van chemische verschijnselen te verbeteren.

Gebruikelijk, de lengte van de C-C-binding is bijna constant. De onderzoekers, echter, voerde deze studie uit met de veronderstelling dat extreem langwerpige CC-bindingen zwak zijn, en kan dus uitzetten of samentrekken als reactie op externe prikkels. De groep ontwierp en synthetiseerde verbindingen die cycliseren om kooiachtige structuren te vormen bij blootstelling aan licht. Ze onderzochten hoe de structurele transformatie de lengte van CC-bindingen in de kernen van verbindingen beïnvloedt.

De onderzoekers ontdekten dat de enkele CC-bindingen in de kern flexibel samentrekken tijdens fotocyclisatie. Ze ontdekten ook dat de cyclisatie kan worden omgekeerd door verwarming, en de C-C-bindingen breiden uit naarmate de verbindingen terugkeren naar de oorspronkelijke staat. Door enkelkristallen van de verbindingen als analogen te gebruiken, konden de onderzoekers hun flexibiliteit direct observeren en hun structuur gemakkelijk in detail ophelderen.

Dit is de eerste keer dat het proces van uitzetting en samentrekking van CC-bindingen direct is waargenomen. De wetenschappers concludeerden dat dit een nieuw fenomeen is, waarin CC-bindingen flexibiliteit verkregen wanneer ze tot het uiterste werden verlengd, het verminderen van de bindingsenergie. Verder, ze toonden aan dat het oxidatiepotentieel van de verbinding met meer dan 1 volt veranderde als gevolg van de omkeerbare uitzetting en samentrekking van de extreem langwerpige CC-binding, suggereert een nieuwe eigenschap die verband houdt met de flexibiliteit van de obligatie.

De onderzoekers zeggen dat het synthetiseren van verbindingen met nog langere bindingen tot meer functies kan leiden door unieke reacties of grote veranderingen in hun eigenschappen. Dit uitdagende onderzoek, gericht op het breken van het record voor de lengte van de C-C enkele binding, speelt een rol bij de ontwikkeling van materialen die kunnen worden geactiveerd/gedeactiveerd door een nieuwe responsmodus.

De onderzoekers zijn Takuya Shimajiri, Professor Takanori Suzuki en assistent-professor Yusuke Ishigaki van de afdeling Scheikunde van Hokkaido University. De resultaten van hun onderzoek zijn gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie op 30 sept. 2020. Dit werk volgt op hun studie in 2018, waarin de groep een organische verbinding synthetiseerde met een recordlengte van CC-bindingen van meer dan 0,18 nanometer, vergeleken met de standaard 0,154 nanometer.