In de VS is een organisch radicaal in elkaar gezet dat tot 8 elektronen kan opnemen, maar wèl stabiel is in zowel lucht als water. Wellicht kun je er heel speciale accu’s of elektronische geheugens mee kunnen maken, schrijft bedenker Jonathan Barnes in Science.

De uitvinding van Barnes, promovendus in de groep van Sir Fraser Stoddart aan Northwestern University (VS), is een catenaan. Zo’n molecuul bestaat uit twee ringvormige verbindingen, die door elkaar gevlochten zitten zonder dat ze chemisch aan elkaar gekoppeld zijn.

De losse ringen, chemische naam cyclobis(paraquat-p-fenyleen) zijn bijna 25 jaar geleden al eens gesynthetiseerd. Zo’n ring, zelf weer opgebouwd uit zes benzeenringen met wat tussenstukjes, kan 4 extra elektronen bergen. Hij is dus sterk positief geladen en je zou verwachten dat twee van die ringen elkaar dusdanig afstoten dat je ze nooit door elkaar gevlochten krijgt.

Volgens Stoddart verwachtte iedereen dat ook en is het dus ook nooit geprobeerd. Hij toont zich onder de indruk van het out-of-the-boxdenken van Barnes.

Die realiseerde zich namelijk dat het te doen moest zijn door de ringen te synthetiseren uit componenten waarin je tijdelijk het tekort deels aanzuivert met losse elektronen. Zodra de ringen rond elkaar zitten haal je die weer weg, en dan kunnen ze elkaar afstoten zoveel ze willen zonder ooit nog van elkaar af te komen.

In de praktijk blijken ze elkaar zelfs een beetje te stabiliseren, wat al heeft geleid tot flauwe opmerkingen over een ‘haat/liefdeverhouding waarin de liefde overwint’.

In theorie moeten van het catenaan negen redoxtoestanden bestaan, van ongeladen (en dus achtvoudig radicaal) tot en met 8⁺ zonder vrije elektronen. Tot nu toe hebben de onderzoekers er zes experimenteel kunnen aantonen: 0, 2⁺, 4⁺, 6⁺, 7⁺ en 8⁺. De eerste vier worden in de buitenlucht vanzelf verder geoxideerd maar de 7⁺-variant, dus het monoradicaal, is stabiel. Dat maakt het zeldzaam gemakkkelijk om dit radicaal in de praktijk toe te passen.

De andere toestanden kun je uiteraard ook gebruiken, maar alleen in situaties waarbij er geen oxidatoren in de buurt kunnen komen. In een hermetisch afgesloten batterij zou je dan 8 elektronen per molecuul moeten kunnen opslaan. De exacte ladingsdichtheid die je dan krijgt schijnt nog niet te zijn uitgerekend, maar Barnes voelt aan zijn water dat het een relatief hoge waarde is.

bron: Northwestern University