Carbon, med sine utallige forbindelser, er rygraden i livet og det centrale element i organisk kemi. Antallet af bindinger, et carbonatom dannes med andre elementer i en forbindelse, bestemmer dens kemiske struktur og opførsel.
Normalt deler et carbonatom alle fire af dets valenselektroner for at skabe fire bindinger med andre atomer (tetravalent kulstof). Når der dannes færre bindinger, opnås usædvanlige forbindelser, såsom carbener, som har unikke egenskaber, der udnyttes inden for forskellige områder inden for kemi og katalyse. Sjældne tilfælde findes af divalente carbonforbindelser kaldet carbones, hvor et centralt neutralt atom i en elektronisk ophidset tilstand stabiliseres af to bindinger med neutrale elektronpar-donationsgrupper.
Nu blev der opnået en anden milepæl med syntesen af en organisk forbindelse, der indeholder en enkeltbundet (monovalent) carbonatom i dens jordtilstand. Dette er et vigtigt trin i kemi, da det åbner nye muligheder for udvikling af forbindelser og reaktioner.
I en banebrydende undersøgelse offentliggjort i Angewandte ChemieForskningsteamene i Dimitrios A. Pantazis (MPI für Kohlenforschung, Institut for Molekylær teori og spektroskopi), Müge Kasanmascheff, og Max M. Hansmann (Tu Dortmund), rapporterer en kemisk forbindelse med en enkelt kulstofatom, der er bundet til en phosphorus -gruppe, Ph.3P → c. Forbindelsen blev genereret fra en diazophosphorus -ylide -forløber ved bestråling med ultraviolet (UV) lys ved meget lave temperaturer, hvilket førte til eliminering af n2 og dannelse af pH3P → c.
Elektronparamagnetisk resonans (EPR) og elektron-nuklear dobbeltresonans (Endor) -spektroskopier afslørede, at forbindelsen indeholder to uparrede elektroner med parallelle spins (en spin-triplet tilstand). Avancerede kvantekemiske beregninger undersøgte bindings- og spindensitetsfordelingen af forbindelsen, hvilket viser, at den repræsenterer en ny type carboncentreret diradisk med en enkelt dativbinding mellem fosfor og terminal kulstof. Dette er den første kendte forbindelse, hvor et carboncenter vedvarer i den samme elektroniske konfiguration og spintilstand som for en isoleret jordtilstand carbonatom.
Denne grundlæggende opdagelse udvider grænserne for kulstofkemi til den ekstreme bindingssituation for en monovalent neutral carbonatom, mens den baner vejen for at udforske ny organisk reaktivitet med potentielle implikationer for syntese, katalyse og materialevidenskab.