Синтезиран е първият изцяло въглероден пръстен, стабилен при стайна температура

Нов алотроп на въглерода

Ваня Милева Последна промяна на 18 август 2025 в 00:00 153 0

цикло[48]въглерод[4]катенан

Кредит Harry Andersen
Ляво: Химична структура на цикло[48]въглерод[4]катенан. Дясно: Пространствено запълващо представяне на цикло[48]въглерод[4]катенан.

За първи път изследователи са създали изцяло въглероден молекулярен пръстен, който е стабилен в разтвор при стайна температура, с малко супрамолекулна подкрепа.

Синтезът на нов тип молекулярен въглероден алотроп, който може да бъде изследван при нормални лабораторни условия, е рядко постижение. Единственият предишен пример е синтезът на фулерени през 1990 г.

Цикловъглеродите са необичайни и изключително реактивни циклични въглеродни алотропи, открити за първи път в газова фаза през 50-те години на миналия век.

Алотроп

Алотропът представлява една от няколко форми на химичен елемент, които съществуват в едно и също физическо състояние, но имат различно структурно разположение на атомите. Тези различни структури водят до вариации в химичните и физичните свойства на елемента. Най-известният пример е въглеродът, които има алотропни форми като диамант и графит.

В новото изследване молекулата цикло[48]въглерод е синтезирана като катенан, т.е. с пръстен C48, прокаран през три други макроцикла. Тези макроцикли с нишка увеличават стабилността на C48, предотвратявайки достъпа до защитения цикловъглерод.

Изследването е публикувано в списание Science.

Пространствено запълващо представяне на цикло[48]въглерод[4]катенан. Кредит: Harry Anderson

Преди това, молекулярни пръстени, състоящи се изцяло от въглеродни атоми, са били изследвани само в газова фаза или при много ниски температури (от 4 до 10 K). Сега екипът е синтезирал цикловъглерод, който е стабилен в разтвор при 20°C (период на полуразпад 92 часа). Това е постигнато чрез използване на макроцикли, избор на голям цикловъглерод с ниско ниво на напрежение и разработване на меки реакционни условия за стъпката на разкриване в реакцията (където молекула прекурсор се трансформира в крайния продукт).

Циклокарбоновият катенан е описан с помощта на масспектрометрия, ЯМР, UV-видима и Раманова спектроскопия. Наблюдението на единичен интензивен 13C ЯМР резонанс за всички 48 sp1 въглеродни атома показва, че всички въглеродни атоми са в еквивалентни среди, което предоставя убедителни доказателства за структурата на циклокарбоновия катенан.

"Постигането на стабилни цикловъглероди във флакон при стайни условия е фундаментална стъпка. Това ще улесни изучаването на тяхната реактивност и свойства при нормални лабораторни условия", заявява водещият автор д-р Юезе Гао (Yueze Gao) от Катедрата по химия, Оксфордски университет.

Старшият автор на изследването, професор Хари Андерсен (Harry Andersen ) от същата катедра, коментира:

"Това постижение бележи кулминацията на дълго усилие за синтезиране на циклокарбонови катенани, основано на надеждата, че те може да са достатъчно стабилни за изследване при стайна температура."

"Първоначалното предложение за безвъзмездна помощ е написано през 2016 г., въз основа на предварителни резултати от 2012–2015 г. Удовлетворяващо е, че се стигна до този момент, защото имаше много моменти, когато целта изглеждаше нереалистична и непостижима. Тази работа не би била възможна без изключителните съоръжения за ЯМР спектроскоп ия в катедрата по химия в Оксфорд."

Справка: Yueze Gao et al, Solution-phase stabilization of a cyclocarbon by catenane formation, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ady6054. www.science.org/doi/10.1126/science.ady6054

Източник: Synthesising a new allotrope of carbon, University of Oxford

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !