Les chercheurs de YNU ont résolu le mystère séculaire de la raison pour laquelle le silicium ne peut pas remplacer le carbone dans les composés organiques. Un nouveau calcul de référence en chimie quantique de C 2 , Si 2 , et leurs hydrures révèlent une différence qualitative dans les topologies des orbitales électroniques du cœur des molécules organiques et de leurs analogues de silicium. Les chercheurs proposent d'autres éléments avec la propension du carbone à remodeler leurs structures nodales d'électrons de base lors de la liaison chimique.

Depuis la découverte du silicium et le succès de Wöhler au milieu du 19e siècle avec la synthèse de composés organiques, Wöhler lui-même a été parmi les premiers à suggérer de remplacer le carbone par du silicium dans les composés organiques. Il est devenu clair au début du 20e siècle que le silicium n'a pas une chimie similaire au carbone, et les rêves de vie à base de silicium ne survivent que dans la science-fiction. Nous savons empiriquement que le carbone a la capacité de former une variété de composés insaturés, ce que le silicium ne fait pas. Cependant, la cause profonde de la raison pour laquelle seul le carbone a cette capacité est restée un mystère.

Des calculs de chimie quantique d'une précision sans précédent effectués à YNU révèlent que les électrons du noyau (qui n'étaient pas censés participer à la liaison chimique) ont un rôle très différent dans les composés insaturés du carbone et du silicium. Le carbone a la propension à modifier la topologie (structure nodale) de ses électrons de noyau, lequel, pour C 2 , entraîne la formation d'un anneau de type tore dans l'orbitale 1σg formée d'électrons C1s (voir la figure). Si 2 , cependant, maintient les orbitales de noyau sphériques centrées sur chaque site atomique dans toutes ses molécules. Cette flexibilité des orbitales centrales du carbone permet au carbone de former une corne d'abondance de différentes structures de liaisons de valence, alors que le silicium est limité aux structures de liaison orthogonales aux orbitales de noyau sphériques comme des atomes.

L'impact de cette découverte est considérable. Les électrons du noyau ont jusqu'à présent été supposés plus ou moins inertes, mais peut-être devient-il nécessaire de réévaluer leur contribution à la liaison chimique, au moins dans le cas des liaisons insaturées. Finalement, l'étude suggère que d'autres éléments, comme l'azote, phosphoreux, et le fluor, présentent une flexibilité similaire pour modifier leurs topologies électroniques de cœur, Et ainsi, présentent des chimies tout aussi riches.

Le papier, "Topologies d'électrons de base dans les composés chimiques :étude de cas du carbone par rapport au silicium, " est publié dans Angewandte Chemie Édition Internationale vol 57(24) le 6 juin, 2018.