Pour la première fois, la liaison du carbone observée avec un seul électron: découverte révolutionnaire pour les manuels

Pour la première fois, la liaison du carbone observée avec un seul électron: découverte révolutionnaire pour les manuels

Croyez Chemist Les liaisons, so -called covalent Bonds paires. Maintenant, les chercheurs ont fait les premières observations de simples liaisons covalentes électroniques entre deux atomes de carbone.

Ce comportement de liaison inhabituel a déjà été observé entre certains autres atomes, mais les scientifiques sont particulièrement enthousiastes à le voir en carbone. Le carbone est la composante de base de la vie sur Terre et une partie importante des produits chimiques industriels, y compris les médicaments, les plastiques, le sucre et les protéines. La découverte a été publiée le 25 septembre dans le magazine Nature 1 .

"La liaison covalente est l'un des concepts les plus importants de la chimie, et la découverte de nouveaux types de liaisons chimiques a un grand potentiel pour étendre les domaines complets des sciences chimiques", explique le chimiste Takuya Shimajiri de l'Université de Tokyo, qui faisait partie de l'équipe de recherche pour la liaison au carbone.

La plupart des liaisons chimiques dans les molécules se composent d'une seule paire d'électrons partagée entre les atomes. C'est ce qu'on appelle des liaisons simples covalentes. Dans des liens particulièrement forts, les atomes pourraient partager deux paires d'électrons dans une double liaison ou trois paires dans une triple liaison. Cependant, les chimistes savent que les atomes interagissent dans de nombreuses autres espèces et ils espèrent mieux comprendre ce qu'est une liaison chimique en étudiant les types de liaison inhabituels au bord de la possible

Suggestion de Pauling

Le concept de liaisons covalentes électroniques simples remonte à 1931 lorsque le chimiste Linus Pauling l'a suggéré. À l'époque, cependant, les chimistes n'avaient pas les outils pour observer ces liaisons, explique Marc-Etienne Moret, chimiste à l'Université d'Utrecht aux Pays-Bas. Ces liaisons sont difficiles à observer même avec les techniques d'analyse modernes. "La situation dans laquelle un seul électron forme une liaison est très instable", explique Moret. "Cela signifie que la liaison peut facilement se casser et a une forte tendance à émettre ou à capturer un électron pour restaurer un nombre droit d'électrons."

En 1998, les scientifiques 2 Une simple liaison électronique entre deux atomes de phosphore; Moret faisait partie d'un groupe qui 3 2013 a fait un lien entre le cuivre et le boron. Les chimistes ont théorisé que ces liens inhabituels pourraient éventuellement apparaître dans des structures intermédiaires courtes qui apparaissent lors des réactions chimiques. Mais pour observer ces liaisons de mauvaise humeur, les chimistes doivent stabiliser une connexion qui les contient. Une connexion stable qui contient une simple liaison électronique C-C a jusqu'à présent échappé aux chimistes.

Shimajiri dit que la clé pour observer la simple liaison au carbone électronique était la conception minutieuse d'une molécule qui la stabiliserait. L'équipe de recherche, à laquelle appartenait le chimiste Yusuke Ishigaki de l'Université Hokkaido, a créé une molécule qui fournit une «coquille» stable à partir d'anneaux de carbone connectés qui maintient la liaison carbone-carbone dans son centre. Cette liaison centrale est étirée à une longueur relativement longue pour une liaison C-C, ce qui le rend vulnérable à perdre un électron dans une réaction d'oxydation et à générer la liaison électronique simple élective.

liaison stable

Afin de saisir cette connexion sous une forme stable et observable, ils ont cristallisé. Si l'oxydation est effectuée en présence d'iode, la réaction fournit un sel violet, par lequel la coquille stable de la molécule maintient la simple liaison électronique C-C à l'intérieur. Ensuite, ils ont utilisé diverses techniques d'analyse pour caractériser la molécule et la liaison. Shimajiri note que la connexion est extrêmement stable dans des conditions quotidiennes.

"Dans plusieurs réactions chimiques, la participation de liaisons électroniques simples a été proposée, mais jusqu'à présent, elles sont restées hypothétiques", explique Shimajiri. La création de connexions stables qui contiennent ces liaisons pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre ce qui se passe au cours de ces réactions.

Guy Bertrand, chimiste à l'Université de Californie à Santa Barbara, faisait partie de l'équipe qui a fait la simple liaison électronique en phosphore. Il dit qu'il est important de voir cela en carbone. "Chaque fois que vous faites quelque chose avec du carbone, cela a un impact plus important qu'avec tout autre élément", explique-t-il. Shimajiri espère que la description de la simple liaison au carbone électronique aidera les chimistes à mieux comprendre la nature fondamentale des liaisons chimiques. "Nous voulons clarifier ce qu'est une liaison covalente - plus précisément, à quel point une obligation est qualifiée de covalent et à quel moment."

1. shimajiri, T. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-07965-1 (2024).

2. canac, y. et al. Science 279, 2080-2082 (1998).

3. Moret, M.-e. et al. Confiture. Chem. Soc. 135, 3792–3795 (2013).

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