Gli scienziati scoprono un legame a singolo elettrone in un composto a base di carbonio / Scientists discover a single-electron bond in a carbon-based compound

Gli scienziati scoprono un legame a singolo elettrone in un composto a base di carbonio / Scientists discover a single-electron bond in a carbon-based compound

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori dell'Università di Hokkaido e dell'Università di Tokyo hanno scoperto un legame covalente stabile a singolo elettrone tra due atomi di carbonio, convalidando una teoria vecchia di un secolo.

I legami covalenti, in cui due atomi sono legati tra loro condividendo una coppia di elettroni, costituiscono l'impalcatura che sostiene la maggior parte dei composti organici. Nel 1931, il premio Nobel Linus Pauling suggerì che potessero esistere legami covalenti formati da un singolo elettrone spaiato, ma questi legami a singolo elettrone sarebbero probabilmente molto più deboli di un legame covalente standard che coinvolge una coppia di elettroni.

Da allora sono stati osservati legami monoelettronici, ma mai nel carbonio o nell'idrogeno: la caccia ai legami monoelettronici condivisi tra atomi di carbonio ha ostacolato gli scienziati.

Ora, un gruppo di ricercatori dell'Università di Hokkaido ha isolato un composto in cui un singolo elettrone è condiviso tra due atomi di carbonio in un legame covalente straordinariamente stabile, noto come legame sigma. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Nature.

"Chiarire la natura dei legami sigma a singolo elettrone tra due atomi di carbonio è essenziale per acquisire una comprensione più approfondita delle teorie sui legami chimici e fornirebbe ulteriori approfondimenti sulle reazioni chimiche", spiega il professor Yusuke Ishigaki, del Dipartimento di Chimica dell'Università di Hokkaido, coautore dello studio.

Il legame monoelettronico è stato formato sottoponendo un derivato dell'esafeniletano, che contiene un legame covalente a doppia coppia di elettroni estremamente allungato tra due atomi di carbonio, ad una reazione di ossidazione in presenza di iodio. La reazione ha prodotto cristalli di colore viola scuro di un sale di iodio.

Il gruppo ha utilizzato l'analisi di diffrazione dei raggi X per studiare i cristalli e ha scoperto che gli atomi di carbonio in essi contenuti erano estremamente vicini tra loro, suggerendo la presenza di legami covalenti a singolo elettrone tra gli atomi di carbonio. Sono stati poi in grado di confermarlo utilizzando una forma di analisi chimica chiamata spettroscopia Raman.

"Questi risultati costituiscono quindi la prima prova sperimentale di un legame covalente carbonio-carbonio a singolo elettrone, che si prevede aprirà la strada ad ulteriori sviluppi della chimica di questo tipo di legame poco esplorato", afferma Takuya Shimajiri, autore principale dell'articolo ed ora all'Università di Tokyo.

ENGLISH

Researchers at Hokkaido University and the University of Tokyo have discovered a stable single-electron covalent bond between two carbon atoms, validating a century-old theory.

Covalent bonds, in which two atoms are bound together by sharing a pair of electrons, form the scaffolding that underpins the majority of organic compounds. In 1931, the Nobel Laureate Linus Pauling suggested that covalent bonds made from just a single, unpaired electron could exist, but these single-electron bonds would likely be much weaker than a standard covalent bond involving a pair of electrons.

Since then, single-electron bonds have been observed, but never in carbon or hydrogen — the hunt for one-electron bonds shared between carbon atoms has stymied scientists.

Now, a team of researchers from Hokkaido University has isolated a compound in which a single electron is shared between two carbon atoms in a remarkably stable covalent bond, known as a sigma bond. Their findings are published in the journal Nature.

"Elucidating the nature of single-electron sigma-bonds between two carbon atoms is essential to gain a deeper understanding of chemical-bonding theories and would provide further insights into chemical reactions," explains Professor Yusuke Ishigaki, of the Department of Chemistry at Hokkaido University, who co-authored the study.

The single-electron bond was formed by subjecting a derivative of hexaphenylethane, which contains an extremely stretched out paired-electron covalent bond between two carbon atoms, to an oxidation reaction in the presence of iodine. The reaction produced dark violet-coloured crystals of an iodine salt.

The team used X-ray diffraction analysis to study the crystals and found that the carbon atoms in them were extremely close together, suggesting the presence of single-electron covalent bonds between carbon atoms. They were then able to confirm this using a form of chemical analysis called Raman spectroscopy.

"These results thus constitute the first piece of experimental evidence for a carbon-carbon single-electron covalent bond, which can be expected to pave the way for further developments of the chemistry of this scarcely-explored type of bonding," Takuya Shimajiri, the lead author of the paper and now at the University of Tokyo, says.

Da:

https://www.eurekamagazine.co.uk/content/news/scientists-discover-a-single-electron-bond-in-a-carbon-based-compound?