Сверхострая игла помогла химикам собрать самую длинную молекулу-гусеницу

Химики из Технического университета Дрездена и Университета Сантьяго-де-Компостела впервые синтезировали молекулу декацена, состоящую из десяти склеенных между собой шестиугольных бензольных звеньев. Для этого авторы использовали методики, позволяющие изменять состояние отдельных молекул, прикладывая к ним электрическое напряжение с помощью очень острых игл. Хотя подобные длинные «цены» неустойчивы, они могут найти применение в молекулярной электронике — как, например, уже нашел применение пентацен. Исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie International Edition, кратко о нем сообщает Chemistry World.

Бензол, нафталин, антрацен и другие тетра-, пента-, гекса- и прочие «цены» формируют необычный класс органических ароматических веществ. Все они состоят из склеенных между собой бензольных колец — очень стабильных поодиночке. С увеличением числа склеенных колец, стабильность молекулы резко падает. Так, уже антрацен, состоящий из трех колец, способен к димеризации. Выделить гептацен как индивидуальное вещество удалось лишь в 2017 году, а октацен и нонацен были получены лишь в матрицах из твердых благородных газов.

Авторы новой работы нашли способ синтезировать самый длинный «цен» из известных — декацен, состоящий из десяти склеенных бензольных колец. Для этого химики сначала синтезировали предшественник декацена, в котором часть бензольных колец была эпоксидирована. Это означает, что вместо двойных связей, входящих в состав ароматический системы, над циклом располагался атом кислорода, связанный с атомами углерода кольца. Если оторвать этот атом кислорода, то в кольце возникнут необходимые кратные связи.

Для сборки это системы ученые использовали несколько последовательных реакций Дильса-Альдера между производными дегидробензола и бензофурана. Затем полученный прекурсор сублимировали на атомарно гладкую поверхность золота и подвергали обработке — отжигали или отрывали атомы кислорода напрямую с помощью иглы сканирующего туннельного микроскопа. В результате ученые обнаружили образование плоских молекул декацена.

Свою работу ученые посвятили известному химику Эриху Клару, попытавшемуся синтезировать гептацен еще в 1942 году. Позднее оказалось, что Клару не удалось получить сам линейный гептацен — вместо него ученый получил изогнутый изомер. Ранее химики из исследовательской лаборатории IBM и Уорикского университета синтезировали другое необычное ароматическое соединение — триангулен. Как заметил Клар, молекулу этого вещества невозможно  изобразить так, что у каждого атома углерода в ней есть двойная связь — в свободном виде она существует лишь в виде бирадикала.

Владимир Королёв