Les anneaux chimiques d'atomes de carbone et d'hydrogène se courbent pour former des structures relativement stables capables de conduire l'électricité et plus encore, mais comment ces systèmes courbes changent-ils lorsque de nouveaux composants sont introduits ? Des chercheurs basés au Japon ont découvert que, avec seulement quelques ajouts subatomiques, les propriétés peuvent pivoter pour faire varier les états et les comportements du système, comme démontré par un nouveau composé chimique synthétisé.

Les résultats ont été publiés dans le Journal de l'American Chemical Society .

"Dans la dernière décennie, les molécules à coque ouverte ont attiré une attention considérable non seulement dans le domaine des intermédiaires réactifs, mais aussi en science des matériaux, " a déclaré l'auteur de l'article Manabu Abe, professeur à la Graduate School of Advanced Science and Engineering, Université d'Hiroshima.

Les molécules à coque ouverte peuvent gagner ou perdre des molécules, ce qui signifie qu'ils peuvent s'adapter pour se lier à d'autres produits chimiques. Dans les nanotubes de carbone, par exemple, les anneaux d'atomes de carbone et d'hydrogène se lient fortement les uns aux autres. Plus on ajoute d'anneaux, cependant, plus les propriétés du tube peuvent changer. Connu sous le nom de paraphénylènes courbes, ou RPC, Abe et son équipe ont étudié comment le CPP pourrait changer si les molécules à coque ouverte étaient exposées à des systèmes avec des orbites moléculaires contenant deux électrons dans divers états, en plus des atomes de carbone et d'hydrogène.

Le processus d'introduction de ces systèmes diradicaux dans les CPP a abouti à un nouveau type d'azoalcane, ou composé d'azote et d'un groupe d'atomes d'hydrogène et de carbone faiblement liés. Cet azoalcane s'est formé avec six CPP et a dégénéré en six CPP avec diradicaux.

"Nous avons étudié pour comprendre les effets de la courbure et de la taille du système sur les interactions des particules, les différents états et leurs caractéristiques uniques, " a dit Abe.

Les chercheurs ont découvert que les CPP avec diradicaux intégrés avaient des états et des propriétés variables, comme la description intrinsèque d'une particule appelée spin, selon le nombre de RPC qui ont abouti au système final. Tournoyer, le moment cinétique d'une particule, peut contribuer ou entraver la stabilité d'un système en fonction de l'équilibre énergétique. Par exemple, dans un état singulet, un système reste stable même avec des électrons non liés, car leurs spins sont opposés. Les états triplés peuvent rester stables, également, puisque leurs électrons non liés peuvent tourner en parallèle.

"La multiplicité de spin à l'état fondamental dépend en grande partie de la taille de l'anneau, " Abe a dit, se référant aux orientations potentielles que peut prendre le spin, qui peut indiquer la stabilité d'un système. « L'état fondamental du singulet a été privilégié pour les petits dérivés du RPC. »

Les états singulets plus petits - les CPP diradicaux avec des plages d'énergie plus petites entre les coquilles orbitales - ont également démontré une caractéristique souhaitée pour les nanotubes de carbone :aromaticité, ou un alignement plus stable dans un seul plan. Étant donné que les anneaux carbone-hydrogène se lient avec des angles inhabituels pour former les tubes, ils peuvent être désalignés et entraîner une instabilité du système. Plus il y a d'anneaux ajoutés à un système, plus le système devient tendu. Pour les petits systèmes à état singulet, les anneaux s'alignent dans un plan, résultant en plus de stabilité.

Prochain, les chercheurs prévoient d'approfondir l'étude de cette aromaticité dans le plan, dans le but de créer la plus grande structure possible avec des liaisons fortes qui présente toujours cette propriété stable.