Химики из Великобритании получили цикл из 48 атомов углерода в растворе. Для этого им пришлось обернуть вокруг углеродного цикла три других цикла, чтобы молекулы циклоуглерода не реагировали друг с другом. Полученный циклоуглерод оказался стабильным в растворе при пониженной температуре, но мгновенно разлагался при упаривании растворителя, пишут авторы исследования в Science.
В молекулах циклоуглеродов атомы углерода соединены в цикл кратными связями. При этом других атомов в этих соединениях нет, поэтому их можно считать отдельной аллотропной модификацией углерода. В растворе или твердой фазе при комнатной температуре эти вещества неустойчивы и быстро распадаются, поэтому получают их обычно на подложках при температуре ниже 10 кельвин.
Получить циклоуглерод в растворе, несмотря на его нестабильность, решили химики под руководством Гарри Андерсона (Harry L. Anderson) из Оксфордского университета. Идея ученых была в том, чтобы синтезировать производное циклоуглерода, в котором вокруг углеродной цепочки будут завернуты несколько циклических органических молекул. Химики предположили, что эти молекулы защитят углеродную цепочку от столкновений с соседями, и, как следствие, от быстрого разложения.
Начали ученые с синтеза основы для циклоуглерода. Сначала они защитили реакционноспособные тройные связи в исходных веществах с помощью координации к кобальту. Далее из полученных алкинов ученые собрали катенан, в котором циклоуглеродная основа с защищенными тройными связями была окружена тремя органическими циклами.
Затем ученые взялись за снятие кобальтовой защиты с тройных связей. Для этого им пришлось протестировать много реакционных условий, и в итоге они остановились на смеси из мета-хлорпербензойной кислоты и бипиридина. Их ученые смешали с катенаном в дихлорметане, а образовавшийся продукт очистили с помощью гель-проникающей хроматографии. Масс-спектры полученного после хроматографии раствора подтвердили образование катенана со свободным 48-членным углеродным циклом в своей основе. То же подтвердила и ЯМР-спектроскопия на ядрах углерода и водорода.
Защищенный дополнительными циклами циклоуглерод оказался относительно стабильным в разбавленном растворе — при комнатной температуре время полураспада составляло 92 часа. Но когда химики попробовали тем же способом получить свободный циклоуглерод без дополнительных циклов и катенановой структуры, разложение протекало очень быстро — и надежных доказательств его образования ученые получить не смогли.
Так химики впервые получили заплетенный в катенан циклоуглерод с 48 атомами в растворе. Как отмечают ученые, в будущем использованный ими метод стабилизации может пригодиться и для других неустойчивых веществ.
Недавно мы рассказывали о том, как с помощью манипуляции атомов сканирующим туннельным микроскопом химики получили 18-членный циклоуглерод.