Вчені створили стабільну молекулу з 48 атомів вуглецю

Науковці з Оксфордського університету досягли значного прориву у хімії вуглецю, синтезувавши унікальну молекулу циклокарбону, що складається з 48 атомів вуглецю. Це досягнення відкриває нові можливості для вивчення властивостей чистих вуглецевих кілець за звичайних лабораторних умов.

Вуглець може існувати у різних формах, які називаються алотропами, що надає йому абсолютно різні властивості від кольору до форми та твердості. Наприклад, у діаманті кожен атом вуглецю з'єднаний з чотирма сусідніми атомами вуглецю, тоді як у графіті кожен атом вуглецю з'єднаний з трьома сусідніми атомами. Нова синтезована молекула складається з 48 атомів вуглецю у схемі чергування одинарних та потрійних зв'язків.

Доктор Юезе Гао з Оксфордського університету та його колеги синтезували молекулу циклокарбону під назвою cyclo[48]carbon як катенан, тобто з кільцем C48, продітим через три інші макроцикли. Ці продіті макроцикли підвищують стабільність C48, запобігаючи доступу до захищеного циклокарбону.

Раніше молекулярні кільця, що складаються виключно з атомів вуглецю, вивчали лише у газовій фазі або за дуже низьких температур від 4 до 10 Кельвінів. За словами команди дослідників, циклокарбон cyclo[48]carbon залишається стабільним у розчині за температури 293 Кельвіна, що відповідає 20 градусам Цельсія.

Цього вдалося досягти завдяки використанню продітих макроциклів, вибору великого циклокарбону з низьким рівнем напруження та розробці м'яких умов реакції для етапу демаскування у реакції, коли молекула-попередник перетворюється на кінцевий продукт.

«Досягнення стабільних циклокарбонів у пробірці за звичайних умов є фундаментальним кроком», заявив доктор Гао. «Це полегшить вивчення їхньої реакційної здатності та властивостей за нормальних лабораторних умов».

Дослідники використали мас-спектрометрію, ядерно-магнітний резонанс, ультрафіолетово-видиму та раманівську спектроскопію для характеристики циклокарбонового катенану. Спостереження єдиного інтенсивного резонансу 13C ЯМР для всіх 48 sp1 атомів вуглецю вказує на те, що всі атоми вуглецю знаходяться в еквівалентних середовищах, що є вагомим доказом структури циклокарбонового катенану.

Професор Андерсен зазначив, що це досягнення знаменує кульмінацію тривалих зусиль із синтезу циклокарбонових катенанів, заснованих на надії, що вони можуть бути достатньо стабільними для вивчення за кімнатної температури.

Стабільність нової молекули за звичайних умов відкриває широкі перспективи для подальших досліджень. Вчені тепер зможуть детально вивчати реакційну здатність та фізичні властивості циклокарбонів без необхідності створення екстремальних умов низьких температур або газової фази.

Результати роботи команди були опубліковані у престижному науковому журналі Science, що підкреслює важливість цього відкриття для наукової спільноти. Дослідження має назву «Solution-phase stabilization of a cyclocarbon by catenane formation» та представляє новий підхід до стабілізації циклокарбонів у розчині.

Це відкриття може мати значні наслідки для розвитку нових матеріалів та технологій, оскільки циклокарбони мають унікальні електронні та структурні властивості, які можуть знайти застосування у різних галузях науки та техніки.