Un groupe de recherche de l'Université d'Hokkaido a démontré avec succès que les liaisons covalentes carbone-carbone (C-C) se dilatent et se contractent de manière flexible en réponse à la lumière et à la chaleur. Cette flexibilité inattendue des liaisons C-C pourrait conférer de nouvelles propriétés aux composés organiques.

Rigide et robuste, Les liaisons covalentes C-C sont la structure la plus basique des composés organiques et biologiques. Comprendre leur nature est essentiel pour améliorer notre connaissance des phénomènes chimiques.

D'habitude, la longueur de la liaison C-C est presque constante. Les chercheurs, cependant, a mené cette étude en partant du principe que les liaisons C-C extrêmement allongées sont faibles, et peut donc se dilater ou se contracter en réponse à des stimuli externes. Le groupe a conçu et synthétisé des composés qui se cyclisent pour former des structures en forme de cage lorsqu'ils sont exposés à la lumière. Ils ont étudié comment la transformation structurelle influence la longueur des liaisons C-C au cœur des composés.

Les chercheurs ont découvert que les liaisons simples C-C au niveau du noyau se contractent de manière flexible pendant la photocyclisation. Ils ont également constaté que la cyclisation peut être inversée par chauffage, et les liaisons C-C se dilatent à mesure que les composés reviennent à l'état d'origine. L'utilisation de monocristaux des composés comme analogues a permis aux chercheurs d'observer directement leur flexibilité et d'élucider facilement leur structure en détail.

C'est la première fois que le processus d'expansion et de contraction des liaisons C-C est directement observé. Les scientifiques ont conclu qu'il s'agit d'un nouveau phénomène, dans laquelle les liaisons C-C ont obtenu une flexibilité lorsqu'elles ont été allongées à la limite, diminuant l'énergie de liaison. Par ailleurs, ils ont montré que le potentiel d'oxydation du composé changeait de plus de 1 volt en raison de l'expansion et de la contraction réversibles de la liaison C-C extrêmement allongée, suggérant une nouvelle propriété liée à la flexibilité du lien.

Les chercheurs disent que la synthèse de composés avec des liaisons encore plus longues peut conduire à plus de fonctions grâce à des réponses uniques ou à des changements majeurs dans leurs propriétés. Cette recherche exigeante, visant à battre le record de longueur de la liaison simple C-C, joue un rôle dans le développement de matériaux pouvant être activés/désactivés par un nouveau mode de réponse.

Les chercheurs sont Takuya Shimajiri, Le professeur Takanori Suzuki et le professeur adjoint Yusuke Ishigaki du département de chimie de l'Université d'Hokkaido. Les résultats de leur étude ont été publiés dans Angewandte Chemie Édition Internationale le 30 septembre, 2020. Ce travail fait suite à leur étude en 2018, dans lequel le groupe a synthétisé un composé organique avec une longueur de liaison C-C record de plus de 0,18 nanomètres, par rapport à la norme 0,154 nanomètres.