Из фуллерена и углеродных нанопоясов сделали модель планетарной системы

Строение трехслойного комплекса — фуллерен вложен в 10-членный пояс, который вложен в 15-членный пояс

Sigma Hashimoto et al. / ChemPlusChem, 2017

Японские химики впервые синтезировали необычную конструкцию из органических молекул — фуллерен, помещенный внутрь рекордно короткой двухстенной углеродной нанотрубки, длиной буквально в доли нанометра. Хотя у такой «матрешки» нет практических применений, подобные комплексы — хороший способ исследовать взаимодействия между молекулами. Исследование опубликовано в журнале ChemPlusChem, кратко о нем сообщает Chemistry World.

Углеродные нанотрубки — длинные цилиндрические молекулы, состоящие из «склеенных» между собой шестиугольников атомов углерода. В зависимости от типа склейки такие молекулы могут быть зеркально симметричными или хиральными. В нанотрубках можно выделить цепочки из шестиугольников, полностью опоясывающие эти цилиндры. Один из типов этих цепочек — циклопарафенилены — представляет собой кольцо из шестиугольников, связанных противоположными вершинами.

Эти молекулы представляют собой интерес для химиков в качестве «затравок» — на их основе в газофазных реакторах могут расти высококачественные одностенные нанотрубки. Последние считаются важным сырьем для будущей электроники. Транзисторы на углеродных нанотрубках могут работать на несколько порядков быстрее кремниевых.

Авторы новой работы воспользовались циклопарафениленами для постройки вложенных молекул-«матрешек» — аналогов двухстенных углеродных нанотрубок. Для этого химики смешивали растворы молекул-колец разного диаметра — состоящих из различного количества шестиугольных секций. Ранее теоретики предсказали, что наиболее устойчивые «матрешки» будут образовываться, если количество шестиугольников в кольцах будет отличаться ровно на пять штук. Авторам удалось доказать методами спектроскопии ядерного магнитного резонанса образование комплексов из вложенных колец с 10 и 5, 11 и 6, 12 и 7, 13 и 8, а также 15 и 10 шестиугольниками — все реакции проводились в ампулах спектрометра.

Интересно, что такие вложенные комплексы могут существовать в двух возможных конфигурациях: симметричной матрешки, когда оба кольца находятся в одной плоскости, и планетарной конфигурации, когда кольца расположены под углом друг к другу.

Затем химики усложнили конструкцию, синтезировав трехслойный комплекс. На первом этапе исследователи получили комплекс, в котором молекула фуллерена помещена внутрь 10-членного циклопарафениленового кольца. Затем к нему добавили раствор 15-членного циклопарафенилена. Образование структуры, в которой фуллерен вложен в две кольцевых структуры, также удалось доказать методами ЯМР.

Ранее мы сообщали о первом синтезе рекордного тугого углеродного «нанопояса» — другой кольцеобразной структуры, опоясывающей зеркально-симметричную углеродную нанотрубку. Он отличается от циклопарафенилена тем, что все шестиугольные секции в нем «склеены» сторонами, а не вершинами.

Также в этом году химики сообщили о первом синтезе гептацена — линейной молекулы из семи шестиугольников, склеенных на манер гусеницы. Такие мотивы тоже встречаются в зеркально-симметричных нанотрубках.

Владимир Королёв


Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.