Впервые с 1990 года исследователи синтезировали новую форму молекулярного углерода, которую можно изучать в лабораторных условиях при обычных температурах.
Молекула, названная цикло[48]углеродом, представляет собой кольцо из 48 атомов углерода, соединённых поочерёдно одинарными и тройными связями.
Все предыдущие формы циклоуглерода были слишком реактивными для изучения, если их не держали при экстремально низких температурах (от 4 до 10 кельвинов, или от -269 до -263 °C) или в газовой фазе.
Новая молекула стабильна в жидком растворе при комнатной температуре (20 °C) и имеет период полураспада 92 часа в этих условиях. Это означает, что через 92 часа половина исходного количества цикло[48]углерода ещё не вступит в реакцию и не превратится во что-то другое.
Это стало возможным благодаря тому, что химики, синтезировавшие цикло[48]углерод, пропустили его через три других больших молекулярных кольца (макроцикла), чтобы сформировать «катенану».
Представьте катенану как браслет: кольцо цикло[48]углерода из атомов углерода будет нитью, а три макроцикла — нанизанными на неё бусинами.
Эта «супрамолекулярная инкапсуляция» увеличила время жизни молекулы в растворе, предотвращая взаимодействие молекул циклоуглерода между собой и образование сшитого материала.
«Голый» цикло[48]углерод имеет период полураспада всего около 1 часа при 20 °C и концентрации 0,9 микромоля на литр. Он разлагается ещё быстрее при более высоких концентрациях.
«Достижение стабильности циклоуглерода в пробирке при обычных условиях — это фундаментальный шаг», — говорит доктор Юэзэ Гао из химического факультета Оксфордского университета (Великобритания).
«Это упростит изучение их реактивности и свойств в нормальных лабораторных условиях», — добавляет профессор Гарри Андерсон из Оксфорда.
«Это достижение знаменует собой кульминацию долгих усилий по синтезу катенанов из циклоуглерода, основанных на надежде, что они могут быть достаточно стабильными для изучения при комнатной температуре.
«Первоначальный грант был предложен в 2016 году на основе предварительных результатов 2012–2015 годов. Приятно осознавать, что мы достигли этого этапа, потому что было много моментов, когда цель казалась нереалистичной и недостижимой», — говорит профессор Гарри Андерсон.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science.