Химики синтезировали молекулу-пропеллер

Химики из Туланского университета впервые синтезировали молекулярный пропеллер на основе декациклена. Ключевым инструментом стала реакция кротоновой конденсации, позволившая собрать отдельные лопасти пропеллера вместе. Работа опубликована в The Journal of Organic Chemistry.

В качестве стратегии сборки молекулы авторы решили использовать реакцию конденсации между тремя молекулами-лопастями, катализируемую хлоридом титана. Роль «лопастей» исполняли полиароматические соединения, производные антрацена и тетрацена, содержащие мостики с кетогруппами. Именно мостики и выполнили роль стыков между молекулами в результате протекания химической реакции.

Альдольно-кротоновая конденсация — одна из классических реакций альдегидов и кетонов. В результате первой стадии образуется связь между карбонильным атомом углерода одной молекулы и атомом углерода, расположенным по соседству от карбонильной группы в другой молекуле. На следующей стадии происходит отщепление молекулы воды и образовавшаяся связь становится двойной, сопряженной с двойной связью углерод-кислород карбонильной группы.

Как правило, альдольно-кротоновую конденсацию катализируют небольшими добавками кислот или оснований, однако в данном случае авторы работы использовали кислоту Льюиса — TiCl

, это позволило реакции протекать с большой скоростью даже несмотря на пространственные затруднения, вызванные большими размерами молекул. В реакционной смеси происходило последовательно три реакции конденсации, приводившие к образованию «пропеллеров», в которых «лопасти» крепятся к образовавшемуся в центре бензольному кольцу.  

Соединение, полученное из антраценовой производной, оказалось красным порошком. По данным кристаллографии, лопасти в нем развернуты под углом 22^о к плоскости центрального бензольного кольца. Его аналог из тетрацена оказался синим твердым веществом, однако был получен с очень малым выходом, менее одного процента, и кристалл получить для него не удалось.

Впервые декациклен был получен более 100 лет назад и многие его производные хорошо известны химикам. Однако подобные «пропеллеры» были синтезированы впервые. Эти молекулы обладают оптической активностью, то есть возможно существование двух изомерных «пропеллеров», являющихся зеркальными отражениями друг друга и не совместимых между собой. По словам авторов, внесение в структуру «лопастей» объемных заместителей может привести к формированию оптических свойств, сопоставимых с гелиценами.