Atomy węgla chętnie tworzą związki, również łącząc się z innymi atomami węgla. Najczęściej są to wiązania, w których udział biorą dwa elektrony walencyjne (po jednym z obu atomów), czasem cztery, albo sześć. Związki tego rodzaju są powszechne i możemy je spotkać choćby w tkankach naszego ciała. Chemicy z Uniwersytetów w Tokio i Hokkaido udowodnili jednak, że istnieje też inny rodzaj wiązania węgiel-węgiel, połączony nie parą elektronów, a tylko jednym jedynym elektronem.
Hipoteza takiego połączenia została przedstawiona dawno temu. Już w 1931 roku noblista Linus Pauling twierdził, że nie ma fizycznych przeszkód dla powstania wiązania, w którym dwa atomy dzielą się tylko jednym niesparowanym elektronem. I rzeczywiście udało się zidentyfikować kilka takich struktur, jednak nigdy z udziałem węgla.
Wreszcie, 93 lata po sformułowaniu koncepcji Paulinga, jednoelektronowy związek atomów węgla znalazł zespół Takuyi Shimajiriego. Postulowane wiązanie kowalencyjne zaobserwowano podczas badań nad cząsteczką heksafenyloetanu (HPE). Molekuła zawiera w środku znacznie wydłużone wiązanie węgiel-węgiel, które ulega rozciągnięciu przez masywne pierścienie węglowodorowe.
„To przedłużone wiązanie stanowi optymalny punkt wyjścia” – tłumaczy Shimajiri. Japońscy naukowcy wyizolowali interesujący ich związek, wykonując złożoną operację utleniania w temperaturze -170 stopni Celsjusza. Produktem eksperymentu była ciemnobrązowa substancja krystaliczna oparta na węglu. Obecność jednoelektronowego wiązania C–C potwierdzono przez analizę spektroskopową oraz rentgenografię strukturalną.
Oczywiście „takie wiązania sigma są uważane za znacznie słabsze niż typowe wiązania sigma utworzone z dwóch elektronów” – podkreślają autorzy. Mimo to, odkrycie jest cenne i może utorować drogę do pogłębienia naszej wiedzy na temat podstaw fizyki stojącej za wiązaniami chemicznymi.
Japończycy opisali swoje badanie w artykule Direct evidence for a carbon–carbon one-electron σ-bond na łamach Nature. Odkrycie zostało opisane również na stronie Uniwersytetu Hokkaido.
